JP2010205936A - High-resistance silicon wafer and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a region where p/n type inversion occurs within a range of deeper depth than that of a carbon doped wafer. <P>SOLUTION: A p-type wafer is doped with nitrogen and heat-treated at a processing temperature of 1,100 to 1,250°C for a processing time of 1 to 5 hours in an atmosphere of argon gas, hydrogen gas, or gaseous mixture thereof, and then a resistance distribution in a depth direction from a surface has a p-type surface region of about 0.1 to 10 kΩ, a peak region where the resistance value increases and decreases in the depth direction to form a peak, and a p/n-type inversion depth region by an oxygen donor, so that the peak position in the peak region is within a range of depth of 10 to 70 μm from the wafer surface. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、高周波用集積回路のデバイス等の基板に使用される高抵抗シリコンウェーハおよびその製造方法に用いて好適な技術に関する。   The present invention relates to a high resistance silicon wafer used for a substrate of a high frequency integrated circuit device or the like and a technique suitable for use in a manufacturing method thereof.

移動体通信用や近距離無線LANなど、高周波のデバイスの普及あるいは微細化や信号量の増大から、高周波を用いる回路の需要が増大している。高周波回路の基板には高抵抗を要求される。このような用途に対し、非常に高価なGaAsなどの化合物半導体ではなく、通常のチョクラルスキー法(CZ法)によるシリコン単結晶から作製された基板によるCMOS(Complementary Metal Oxide semiconductor )を適応することもある。また、FZ法(帯溶融法)は直径の大きい単結晶の製造が困難であり、品質の安定性やコストに問題があって、需要に対する十分な対応ができない。
CZ基板によるCMOSでは、消費電力が大きく基板ノイズの発生が大であるため不適とされてきた。しかし、微細化の技術や設計などの改善が進められ、抵抗値の高いCZ法によるシリコンウェーハを用いることにより、これらの問題点が克服できるようになってきている。
The demand for high-frequency circuits is increasing due to the spread or miniaturization of high-frequency devices such as for mobile communication and short-range wireless LAN, and the increase in signal amount. High resistance is required for the substrate of the high frequency circuit. For such applications, CMOS (Complementary Metal Oxide semiconductor) with a substrate made from a silicon single crystal by the usual Czochralski method (CZ method) is applied instead of a very expensive compound semiconductor such as GaAs. There is also. In addition, the FZ method (band melting method) is difficult to produce a single crystal having a large diameter, has a problem in quality stability and cost, and cannot sufficiently respond to demand.
A CMOS using a CZ substrate has been regarded as inappropriate because it consumes a large amount of power and generates a large amount of substrate noise. However, improvements in miniaturization technology and design have been promoted, and these problems can be overcome by using a silicon wafer by the CZ method having a high resistance value.

CZ法は石英るつぼを用いて原料を溶解し、その溶融液から直接引き上げ育成してシリコン単結晶が製造され、2.3×10Ωcmとされる高純度シリコンの抵抗率を、ホウ素(B:p型)やリン(P:n型)などのドーパントを微量添加し、所望の抵抗率に調整する。CZ法によるシリコン単結晶では、るつぼから溶け出した酸素を通常20ppma(16×1018atoms/cm[ASTMF121-1979])程度含有している。 In the CZ method, a raw material is melted using a quartz crucible, and a silicon single crystal is produced by directly pulling and growing from the melt, and the resistivity of high-purity silicon, which is 2.3 × 10 5 Ωcm, is determined by boron (B : P-type) and phosphorus (P: n-type) are added in a small amount to adjust to a desired resistivity. The silicon single crystal by the CZ method usually contains about 20 ppma (16 × 10 18 atoms / cm 3 [ASTMF121-1979]) of oxygen dissolved from the crucible.

シリコンに含有される相対的に高濃度の酸素は、シリコンウェーハに欠陥を生じさせデバイスの特性不良の原因となり得るが、一方ではデバイスの製造過程において、スリップ伸展の防止などウェーハの強度高化や変形抑止したり、デバイスの動作不良の原因となる混入重金属イオンをトラップするゲッタリングサイトとなる微小欠陥を、ウェーハ内部に形成させるなどの作用がある。
CZ法によるシリコン単結晶を用いるとき必然的に混入してくる酸素によって、ドーパント量の低減により高抵抗に設定した抵抗率を大きく変化させる場合がある。シリコン中で酸素原子は通常電気的に中性であり、直接にはその電気抵抗などに影響を及ぼさない。
1時間程度以上とされる長時間、300〜500℃の低温域とされるような条件で熱処理されると、安定なSiOの析出物までにはいたらない複合物が形成され、これが電子を放出してドナーの性質を示すようになるので、酸素ドナーあるいはサーマルドナーと呼ばれている。
The relatively high concentration of oxygen contained in silicon can cause defects in silicon wafers and cause device characteristics defects.On the other hand, in the device manufacturing process, it is possible to increase the strength of the wafer, such as preventing slip extension. There are effects such as suppressing deformation and forming minute defects in the wafer as gettering sites for trapping mixed heavy metal ions that cause device malfunction.
When a silicon single crystal by the CZ method is used, there is a case where the resistivity set to a high resistance is greatly changed by reducing the amount of dopant due to oxygen inevitably mixed. In silicon, oxygen atoms are usually electrically neutral and do not directly affect their electrical resistance.
When heat treatment is performed for a long time of about 1 hour or longer and under a low temperature range of 300 to 500 ° C., a composite that does not reach a stable SiO 2 precipitate is formed. It is called an oxygen donor or a thermal donor because it emits and exhibits the properties of a donor.

図1は、サーマルドナー発生量の多少とウェーハの抵抗率との関係を模式的に示す図である。通常の抵抗率が10Ωcm程度の低抵抗ウェーハの場合、サーマルドナーの発生量に比しドーパント量が十分多いので、サーマルドナーが生じても抵抗率への影響は軽微である。ところが、高抵抗のウェーハの場合、ドーパント量が少ないため、その抵抗率はサーマルドナーにより大きく影響される。特にp型の場合、アクセプターによる正孔でもたらされていた導電性は、ドナーによる電子の供給により消滅して抵抗率が著しく上昇して無限大にまで増大する。そして、ドナーが増して、酸素ドナー濃度がアクセ婦他濃度を超えるとp/n型反転を生じ、n型の半導体になってしまって抵抗率が減少する現象が起きる。このサーマルドナーの発生しやすい温度域での加熱は、デバイスの製造最終段階において、配線形成などの熱処理として必然的におこなわれる。   FIG. 1 is a diagram schematically showing the relationship between the amount of thermal donor generation and the resistivity of a wafer. In the case of a low-resistance wafer having a normal resistivity of about 10 Ωcm, the amount of dopant is sufficiently larger than the amount of thermal donor generated, so even if a thermal donor occurs, the influence on the resistivity is negligible. However, in the case of a high-resistance wafer, since the amount of dopant is small, the resistivity is greatly influenced by the thermal donor. In particular, in the case of the p-type, the conductivity brought about by the holes by the acceptor disappears due to the supply of electrons by the donor, and the resistivity increases remarkably and increases to infinity. Then, when donors increase and the oxygen donor concentration exceeds the concentration of accessories, p / n-type inversion occurs, resulting in an n-type semiconductor and a decrease in resistivity. Heating in a temperature range where thermal donors are likely to occur is inevitably performed as a heat treatment such as wiring formation in the final stage of device manufacture.

サーマルドナーの発生量は、酸素濃度を低くしたシリコンウェーハでは少なくなる。そこで酸素含有量低減のために、るつぼ中のシリコン融液に磁場を印加してその流れを制御しつつ単結晶引き上げをおこなう磁場印加引き上げ法(MCZ法)の適用や、内面にSiCをコーティングしたるつぼを用いる方法など、低酸素の単結晶を製造する方法が提案されている。
しかしながら、これらの酸素の低減方法は、低酸素化に技術的な限界があって、コストも上昇し、その上低酸素化によりウェーハの強度が低下して、デバイス製造過程で変形が原因の不良品を発生しやすくなるという問題もある。
The generation amount of thermal donors is small in a silicon wafer having a low oxygen concentration. Therefore, in order to reduce the oxygen content, a magnetic field application pulling method (MCZ method) in which a single crystal pulling is performed while controlling the flow by applying a magnetic field to the silicon melt in the crucible, and the inner surface is coated with SiC. A method for producing a low-oxygen single crystal such as a method using a crucible has been proposed.
However, these oxygen reduction methods have technical limitations in reducing oxygen, increase costs, and lower oxygen reduces the strength of the wafer, causing deformation in the device manufacturing process. There is also a problem that non-defective products are easily generated.

CZ法によるシリコン単結晶を用い、サーマルドナーによる影響を排除した高抵抗率ウェーハとその製造方法に関する発明が特許文献1に開示されている。この発明は、抵抗率が100Ωcm以上で、初期格子間酸素(固溶酸素)濃度が10〜25ppma(7.9×1017〜19.8×1017atoms/cm[ASTMF121-1979])の、通常の酸素量を含むCZ法による単結晶をウェーハに加工し、これに酸素析出処理を施して、残留格子間酸素濃度を8ppma(6.4×1017atoms/cm[ASTMF121-1979])以下にするというものである。しかし、残留格子間酸素濃度を8ppmaに低下させる熱処理方法が、結果的に酸素析出物が形成され残留格子間酸素濃度が8ppma以下になればよいので特別に限定されるものではない、と説明されるのみで、わずかに実施例において、酸素雰囲気または窒素雰囲気にて800℃で4時間の加熱と酸素雰囲気中1000℃で16時間の加熱との二段熱処理、または酸素雰囲気中650℃で2時間、同じく800℃で4時間および酸素雰囲気中1000℃で16時間、それぞれ加熱することによる三段熱処理が示されているだけであり、熱処理条件範囲等は明確にされていない。 Patent Document 1 discloses an invention relating to a high-resistivity wafer using a silicon single crystal by the CZ method and excluding the influence of a thermal donor and a method for manufacturing the same. This invention has a resistivity of 100 Ωcm or more and an initial interstitial oxygen (solid oxygen) concentration of 10 to 25 ppma (7.9 × 10 17 to 19.8 × 10 17 atoms / cm 3 [ASTMF121-1979]). Then, a single crystal by a CZ method containing a normal oxygen amount is processed into a wafer, and this is subjected to an oxygen precipitation treatment, so that the residual interstitial oxygen concentration is 8 ppma (6.4 × 10 17 atoms / cm 3 [ASTMF121-1979]. ) The following. However, it is explained that the heat treatment method for reducing the residual interstitial oxygen concentration to 8 ppma is not particularly limited as long as oxygen precipitates are formed and the residual interstitial oxygen concentration should be 8 ppma or less. In a few examples, the heat treatment was performed in an oxygen atmosphere or a nitrogen atmosphere at 800 ° C. for 4 hours and in an oxygen atmosphere at 1000 ° C. for 16 hours, or in an oxygen atmosphere at 650 ° C. for 2 hours. Similarly, only three-stage heat treatment by heating at 800 ° C. for 4 hours and 1000 ° C. for 16 hours in an oxygen atmosphere is shown, and the heat treatment condition range and the like are not clarified.

デバイスを形成させるウェーハの、厚さ方向の酸素の存在状態を制御する方法として、DZ−IG(IntrinsicGettering)処理が一般におこなわれている。これは、ウェーハ表面近傍のデバイスが形成される領域すなわち活性化領域は無欠陥層(DZ:DenudedZone)とし、内部には、混入してくる重金属イオンなどを捕獲する作用のある、酸素析出物による欠陥を形成させようとする熱処理である。
通常、(1)表面のDZ形成のための高温での酸素外方拡散熱処理、(2)析出核形成のための低温熱処理(酸素析出核形成熱処理)、および(3)内部のゲッタリングサイトとなる酸素析出物による欠陥形成のための中温あるいは高温熱処理(酸素析出物成長熱処理)、の三段階の熱処理が施される。
In general, a DZ-IG (Intrinsic Gettering) process is performed as a method for controlling the presence of oxygen in the thickness direction of a wafer on which a device is formed. This is because the region near the wafer surface where the device is formed, that is, the activation region is a defect-free layer (DZ: Denuded Zone), and the inside is caused by oxygen precipitates that act to capture mixed heavy metal ions and the like. This is a heat treatment for forming defects.
Usually, (1) high temperature oxygen outward diffusion heat treatment for surface DZ formation, (2) low temperature heat treatment (precipitation nucleation heat treatment) for precipitation nucleation, and (3) internal gettering site A three-stage heat treatment, ie, a medium temperature or high temperature heat treatment (oxygen precipitate growth heat treatment) for forming defects due to oxygen precipitates is performed.

特許文献2には、抵抗率が100Ωcm以上の高抵抗のウェーハに、このDZ−IG処理を施すウェーハおよびその条件の発明が開示されている。これは、特許文献1の発明と同様、ウェーハのいずれの部分でも格子間酸素濃度が8ppm以下であって、表面近傍のDZとバルク部の酸素析出物層とを有し、その上でDZと酸素析出物層との遷移領域の幅が5μm以下であることとするものである。
上述の特許文献2の発明のウェーハ製造方法は、CZ法により得た初期格子間酸素濃度が10〜25ppmaの単結晶から加工したウェーハを用い、(a)950〜1050℃で2〜5時間の第一熱処理、(b)450〜550℃で4〜5時間の第二熱処理、(c)750〜850℃で2〜8時間の第三熱処理および(d)950〜1100℃の第四熱処理、の四段階の熱処理を施し、上記のように格子間酸素濃度を8ppm以下にする。
この場合、(a)の第一熱処理は表面のDZ形成のための酸素外方拡散処理で、(d)の第四熱処理はゲタリングサイト形成のための酸素析出処理であるが、(b)および(c)は、析出核形成のための処理をより十分におこない、格子間酸素濃度を確実に8ppm以下に低下させようとしていると思われる。
Patent Document 2 discloses a wafer for performing this DZ-IG treatment on a high-resistance wafer having a resistivity of 100 Ωcm or more and an invention of the conditions. As in the invention of Patent Document 1, the interstitial oxygen concentration is 8 ppm or less in any part of the wafer, and has a DZ near the surface and an oxygen precipitate layer in the bulk part. The width of the transition region with the oxygen precipitate layer is 5 μm or less.
The wafer manufacturing method of the above-mentioned Patent Document 2 uses a wafer processed from a single crystal having an initial interstitial oxygen concentration of 10 to 25 ppma obtained by the CZ method, and (a) 950 to 1050 ° C. for 2 to 5 hours. First heat treatment, (b) second heat treatment at 450-550 ° C. for 4-5 hours, (c) third heat treatment at 750-850 ° C. for 2-8 hours, and (d) fourth heat treatment at 950-1100 ° C., The interstitial oxygen concentration is set to 8 ppm or less as described above.
In this case, the first heat treatment (a) is an oxygen outward diffusion treatment for forming DZ on the surface, and the fourth heat treatment (d) is an oxygen precipitation treatment for forming a gettering site. And (c) seems to be trying to reduce the interstitial oxygen concentration to 8 ppm or less by carrying out the treatment for the formation of precipitation nuclei more sufficiently.

しかしながら、熱処理によりウェーハ厚み方向全域に亘り、固溶酸素濃度を8ppma以下に低下させることは必ずしも容易ではなく、多大な熱処理工数を要し製造コストの増加を招く。その上、固溶酸素濃度を減少させてしまうことはウェーハの強度を大きく低下させるので、酸素ドナーを低減できたとしても、デバイス形成工程で実施される高温熱処理においてウェーハに変形やスリップ転位を発生させ易い。   However, it is not always easy to reduce the concentration of dissolved oxygen to 8 ppma or less over the entire wafer thickness direction by heat treatment, which requires a large number of heat treatment steps and increases the manufacturing cost. In addition, reducing the concentration of dissolved oxygen greatly reduces the strength of the wafer, so even if oxygen donors can be reduced, deformation and slip dislocations occur in the wafer during the high-temperature heat treatment performed in the device formation process. Easy to do.

特許文献3においては、炭素ドープによってp/n型反転領域のできる深さを表面から8μm程度として上記の問題を解決している。しかし、Cドープでは、炭素濃度を高くすると多結晶化が発生して単結晶化(Dislocation Free; 以下、DFと記す)率が低下する、結果的に単結晶を引き上げられないため、炭素濃度は一定の上限が存在し、それ以上の高濃度炭素ドープウェーハは製造できない。   In Patent Document 3, the above-mentioned problem is solved by setting the depth of the p / n-type inversion region by carbon doping to about 8 μm from the surface. However, in C-doping, if the carbon concentration is increased, polycrystallization occurs and the rate of single crystallization (Dislocation Free; hereinafter referred to as DF) decreases. As a result, the single crystal cannot be pulled up. There is a certain upper limit, and higher concentration carbon-doped wafers cannot be produced.

国際公開第00/55397号パンフレットInternational Publication No. 00/55397 Pamphlet 特開2002−100631号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-1000063 特許第3985768号公報Japanese Patent No. 3985768

しかし、炭素ドープウェーハでは、単結晶を引き上げるために必要な炭素濃度範囲の上限により、特許文献3のようにp/n型反転でn型領域のできる深さ位置範囲を最大でも表面から10μm程度までしか深くできないが、最近のデバイス設計条件である高周波といわれる適用周波数範囲の上昇、消費電力低減要求とデザインルールの微細化要求から、さらなる深度、20μm以上60μm程度にまで、p/n型反転が起きない範囲を拡大するとともに、このような深々度での位置制御を正確におこないたいという要求が生じている。   However, in the carbon-doped wafer, due to the upper limit of the carbon concentration range necessary for pulling up the single crystal, the depth position range where the n-type region can be formed by p / n-type inversion as in Patent Document 3 is about 10 μm from the surface at the maximum. P / n-type inversion from the increase of the applicable frequency range, which is called the high frequency, which is the latest device design condition, the demand for power consumption reduction and the requirement for miniaturization of the design rule, to a further depth, from 20 μm to 60 μm There has been a demand for expanding the range in which no occurrence occurs, and for accurately performing such deep position control.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、CZ法による単結晶を用いるp型の高抵抗ウェーハにおいて、表面の活性化領域に形成されたCMOSが動作不良やn−well分離不十分などを生じることの少ない、優れた特性を有する高抵抗ウェーハを提供可能とし、さらに、以下の目的を達成しようとするものである。
1.単結晶を維持したまま、p/n型反転の起きる領域を炭素ドープウェーハに比べてより深々度範囲に形成可能とすること。
2.p/n型反転の起きる境界深度を制御可能とすること。
3.具体的には、この境界深度を少なくともウェーハ表面から10μm〜70μmの範囲で深度制御可能に形成すること
4.高抵抗ウェーハにおいて、その全深度にわたってp型を維持可能とする、つまり、p/n型反転の発生を防止可能なウェーハおよびその製造方法を提供すること。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a p-type high-resistance wafer using a single crystal by the CZ method, the CMOS formed in the active region of the surface is defective in operation and insufficient n-well separation. Therefore, it is possible to provide a high-resistance wafer having excellent characteristics that is less likely to cause the above-described problems, and to achieve the following object.
1. A region where p / n-type inversion occurs can be formed in a deeper range than a carbon-doped wafer while maintaining a single crystal.
2. To be able to control the boundary depth at which p / n-type inversion occurs.
3. Specifically, the boundary depth is formed so that the depth can be controlled at least in the range of 10 μm to 70 μm from the wafer surface. To provide a wafer capable of maintaining p-type over its entire depth in a high-resistance wafer, that is, capable of preventing occurrence of p / n-type inversion, and a method for manufacturing the same.

炭素をドープしたp型の高抵抗CZウェーハに、デバイス製造工程としてCMOSを製造しその特性を調査したところ、目的とする特性が十分得られないもの、あるいは隣り合ったn−wellの分離が十分できないため、デバイス特性が悪化するものが生じる場合があり、問題を生じた高抵抗ウェーハについて種々調査した結果、次のようなことがあきらかになった。   A CMOS was fabricated as a device manufacturing process on a p-type high-resistance CZ wafer doped with carbon, and the characteristics were investigated. The target characteristics were not sufficiently obtained, or adjacent n-wells were sufficiently separated. In some cases, the device characteristics may be deteriorated, and as a result of various investigations on the high-resistance wafer that caused the problem, the following has been revealed.

まず、表面にデバイスを形成させる前のウェーハでは、表面層のDZ層あるいは内部のBMD(Bulk Micro Defect )とも呼ばれる酸素析出物については、何ら問題はなく正常に分布しているが、CMOSのデバイスが形成された後のウェーハを調べると、表面近くはp型半導体であるが、内部はn型半導体に反転しているものがあり、とくにこのp/n型反転領域が表面に近い位置に存在した場合、CMOSの特性が目標値に達していなかったり、n−wellの分離が不十分なものが生じていた。   First, in the wafer before the device is formed on the surface, there is no problem with oxygen precipitates called DZ layer on the surface layer or BMD (Bulk Micro Defect) inside, but it is normally distributed. Examination of the wafer after the formation of the p-type semiconductor near the surface, but there is something that is inverted to the n-type semiconductor inside, especially this p / n-type inversion region is located near the surface In such a case, the characteristics of the CMOS did not reach the target value, or n-well separation was insufficient.

ウェーハ内部で生じるp/n型反転は、図1に示すように、デバイス形成の製造工程の熱処理によって生じるサーマルドナーが原因であると推定される。しかし、サーマルドナーが発生しないように、ウェーハ深さ方向全域にわたって固溶酸素を低減することは、熱処理を十分長くおこなう必要があり製造時間が長時間化して生産性が低下する上、ウェーハの強度低下を招くおそれがあるという問題がある。
さらに、このp/n型反転現象は、より抵抗率の高いウェーハに屡々見られるが、p/n型反転が発生していたとしても、このp/n型反転領域が十分深い位置にあれば、CMOSの特性やn−well分離にほとんど影響しないので、より深い位置にこのp/n型反転領域が形成されて、それより浅い部分はp型を維持するよう位置制御をおこなえばデバイス特性に影響しない。つまり、サーマルドナーの発生する位置が表面に形成されるCMOSの作動に影響を及ぼさない深さであればウェーハ特性としては充分である。
As shown in FIG. 1, it is presumed that the p / n-type inversion generated inside the wafer is caused by a thermal donor generated by heat treatment in the manufacturing process of device formation. However, reducing the dissolved oxygen throughout the depth direction of the wafer so that thermal donors do not occur requires heat treatment to be sufficiently long, which increases the manufacturing time and decreases the productivity. There is a problem that there is a risk of lowering.
Furthermore, this p / n-type inversion phenomenon is often observed in wafers with higher resistivity. Even if p / n-type inversion occurs, if this p / n-type inversion region is at a sufficiently deep position. Since the p / n type inversion region is formed at a deeper position and the position control is performed so as to maintain the p type at a shallower portion, the device characteristics are improved. It does not affect. That is, if the position where the thermal donor is generated is deep enough not to affect the operation of the CMOS formed on the surface, the wafer characteristics are sufficient.

つまり、p型のウェーハ上にn−wellを形成させたとき、wellとウェーハ基板との間に空乏層が生じるが、その空乏層からp/n型反転領域が十分離れているようにp/n型反転発生を制御できればよい。ウェーハの抵抗率が高いとき、空乏層の領域は通常の抵抗率の低い場合よりも大きくなるので、高周波数帯に対応するデバイスに適用する高抵抗ウェーハの場合には、発生したp/n型反転領域の表面からの深さは、炭素ドープによって製造されたウェーハでは対応できないほど十分大きくする必要がある。   That is, when an n-well is formed on a p-type wafer, a depletion layer is formed between the well and the wafer substrate, but the p / n type inversion region is sufficiently separated from the depletion layer. It is only necessary to control the occurrence of n-type inversion. When the resistivity of the wafer is high, the region of the depletion layer becomes larger than when the resistivity is low, so in the case of a high resistance wafer applied to a device corresponding to a high frequency band, the generated p / n type The depth of the inversion region from the surface needs to be sufficiently large that a wafer manufactured by carbon doping cannot cope with it.

図2は、上述したp型ウェーハ上に形成されたCMOSの構成とp/n型反転領域との関係を説明する図である。図示するCMOSはtwin−well構造とし、p、n−wellが補完し合う構造になっている。p型ウェーハ3表面から基板深さ方向に、p−well並びにn−wellおよび欠乏層1が形成されており、p/n型反転領域2の発生により、n型ウェーハ4に反転している。
図2(a)ではp/n型反転領域2が欠乏層領域に接しているため、n−wellの分離が十分でなく、所定の特性が得られない。一方、同(b)に示すように、p/n型反転領域2を十分深い位置に発生させることによって、CMOSの特性やn−well分離に影響を及ぼすことがほとんどなくなることが分かる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the configuration of the CMOS formed on the p-type wafer and the p / n-type inversion region. The illustrated CMOS has a twin-well structure in which p and n-well complement each other. A p-well, an n-well, and a depletion layer 1 are formed in the substrate depth direction from the surface of the p-type wafer 3, and are inverted to the n-type wafer 4 by the generation of the p / n-type inversion region 2.
In FIG. 2A, since the p / n type inversion region 2 is in contact with the depletion layer region, n-well separation is not sufficient, and predetermined characteristics cannot be obtained. On the other hand, as shown in FIG. 5B, it can be seen that by generating the p / n type inversion region 2 at a sufficiently deep position, the CMOS characteristics and n-well isolation are hardly affected.

n型への反転が生じるか生じないかは、サーマルドナーの発生量とウェーハのドーパント量により大きく影響される。サーマルドナーの発生量は、酸素量、ウェーハの熱処理条件、およびデバイス形成時の熱履歴により推測は可能であり、ドーパント量はウェーハの抵抗率によりほぼ決定され、抵抗率が高いウェーハほど少ない。   Whether inversion to n-type occurs or not is greatly influenced by the amount of thermal donors generated and the amount of dopant in the wafer. The amount of thermal donor generated can be estimated from the amount of oxygen, the heat treatment conditions of the wafer, and the thermal history during device formation. The amount of dopant is almost determined by the resistivity of the wafer, and the lower the resistivity, the smaller the wafer.

したがって、n型への反転が生じるかどうかについては、上記の諸条件がわかれば予測は可能で、デバイス形成時の熱履歴を知ることができれば、ウェーハの熱処理条件を選定することにより、n型への反転の発生を抑止することは可能と思われる。しかしながら、n型への反転が生じたとしても、デバイスの形成領域はp型を維持し、n型に反転した部分が十分深い位置であればデバイスの性能には影響しないので、n型への反転の発生を制御するよりも、p/n型反転領域の発生位置、すなわち表面からの深さを制御できればよい。   Therefore, whether or not reversal to n-type occurs can be predicted if the above-mentioned conditions are known. If the thermal history at the time of device formation can be known, n-type can be obtained by selecting the heat treatment conditions of the wafer. It seems possible to suppress the occurrence of reversal. However, even if inversion to the n-type occurs, the device formation region remains p-type, and if the portion inverted to the n-type has a sufficiently deep position, the device performance is not affected. Rather than controlling the occurrence of inversion, the generation position of the p / n-type inversion region, that is, the depth from the surface may be controlled.

ウェーハは、表面の活性領域の欠陥を低減する目的などのため、高温加熱処理が施される。ウェーハが高温加熱されると、多くの場合、酸素の外方拡散が生じて表面層の酸素濃度が低下する。したがって、デバイスの製造過程でサーマルドナーが発生する条件の処理を受けたとき、ウェーハ内部はn型へ反転したとしても、表面近くは酸素濃度が低いためサーマルドナーが少なくp型を維持できる。   The wafer is subjected to high temperature heat treatment for the purpose of reducing defects in the active region on the surface. When the wafer is heated at a high temperature, in many cases, outward diffusion of oxygen occurs and the oxygen concentration in the surface layer decreases. Therefore, even when the inside of the wafer is inverted to n-type when it is subjected to a process for generating thermal donors in the device manufacturing process, the oxygen concentration is low near the surface, so that the thermal donor is small and the p-type can be maintained.

このようにして、ウェーハ表面の酸素濃度の低下がp/n型反転領域の位置を決定していると推測されるので、高温加熱処理により生じる酸素の外方拡散を制御すれば、ウェーハにp/n型反転が生じたとしても、反転領域は表面のデバイスの作動に影響のない深さ位置に移行させることができる。   In this way, it is presumed that the decrease in the oxygen concentration on the wafer surface determines the position of the p / n-type inversion region. Even if / n-type inversion occurs, the inversion region can be moved to a depth position that does not affect the operation of the surface device.

そこで、高抵抗のウェーハを用い、デバイス製造時のシンタリングプロセスなど最もサーマルドナーの生じやすい条件として、450℃、1時間の熱処理をおこなった後、深さ方向の抵抗分布を広がり抵抗の測定法にて調査して、デバイス特性に影響を及ぼさないのに必要なp/n型反転領域の深さ位置を求めることとし、ウェーハに対し酸素外方拡散処理など種々の熱処理を施して、その条件の影響を調査した。   Therefore, using a high-resistance wafer, the most probable condition for generating thermal donors, such as the sintering process during device manufacturing, is to perform a heat treatment at 450 ° C for 1 hour, then spread the resistance distribution in the depth direction and measure the resistance. In order to determine the depth position of the p / n type inversion region necessary for not affecting the device characteristics, the wafer is subjected to various heat treatments such as oxygen outward diffusion treatment, and the conditions The effect of was investigated.

ここでp/n型反転領域の境界深度位置は、深さ方向の抵抗値分布が実際の測定値としてピークを呈する深さ位置として定義する。これは、p/n型反転領域は、サーマルドナーからの電子供給がデバイス領域であるp型部分に影響を及ぼさない、つまり、p/n型反転領域のウェーハ表面側境界はp型領域のアクセプターによる正孔でもたらされていた導電性が、ドナーによる電子の供給により消滅して、理論的には、抵抗率無限大にまで増大する部分が、n型の半導体の状態であるとの認識による。   Here, the boundary depth position of the p / n type inversion region is defined as a depth position where the resistance value distribution in the depth direction exhibits a peak as an actual measurement value. This is because the p / n type inversion region does not affect the p type part where the electron supply from the thermal donor is the device region, that is, the wafer surface side boundary of the p / n type inversion region is the acceptor of the p type region. According to the recognition that the conductivity brought about by holes due to annihilation disappears due to the supply of electrons by the donor and the portion where the resistivity increases to infinity is theoretically an n-type semiconductor state. .

このようなp/n型反転領域の境界位置が、前述のように表面のデバイスが形成される領域、さらにはn−wellに接して形成される空乏層に接しない深さにあればよい。この位置について調べてみると、表面から10μm以上あることが好ましく、実際には20μm〜50μmとすることが好ましい。ところが、炭素を高濃度にドープしたウェーハでは、多結晶化(DF切れ)を起こすので、炭素濃度を5×1017atoms/cm 以上にすることができない。このような炭素濃度では、p/n型反転領域の境界深度位置を10μm程度より深くすることはできず、さらに、どんなに初期酸素濃度Oi、熱処理条件等を調整しても、20μmを超えて形成することはできない。 The boundary position of such a p / n-type inversion region may be at a depth that does not contact the region where the surface device is formed as described above, and further, the depletion layer formed in contact with the n-well. When this position is examined, it is preferably 10 μm or more from the surface, and in practice, preferably 20 μm to 50 μm. However, in the wafer doped with high concentration of carbon, because it causes a polycrystalline (DF out) it can not be a carbon concentration in 5 × 10 17 atoms / cm 3 or more. With such a carbon concentration, the boundary depth position of the p / n type inversion region cannot be deeper than about 10 μm, and even if the initial oxygen concentration Oi, heat treatment conditions, etc. are adjusted, it is formed exceeding 20 μm. I can't do it.

ところが、本発明者らは、従来、New Donorといわれるドナーが発生するため、n型反転が起こりやすいとされてきた、窒素をウェーハにドープすることで、これらの問題を解決できることを見出した。
つまり、炭素ドープでは実現できなかった深深度にp/n型反転領域の境界深度を設定可能とするとともに、さらに、ドープする窒素濃度を制御するだけで、このp/n型反転境界の形成される深さ位置(境界深度)を制御可能とすることを可能としたものである。これにより、境界深度よりも表面側にはp/n型反転領域を形成しないことができる。
しかも、特定の熱処理条件とした処理を施すことで、炭素ドープCZウェーハでは改善できなかった抵抗値が深さ位置で低下してしまうことを防止する、つまり、ウェーハ深さ方向に抵抗値が一定の状態となるか、表面抵抗値よりも深さ方向に抵抗値が低下する部分がない高抵抗ウェーハを提供可能とすることができる。
However, the present inventors have found that these problems can be solved by doping a wafer with nitrogen, which has conventionally been considered to cause n-type inversion because a donor called New Donor is generated.
In other words, the boundary depth of the p / n type inversion region can be set to a depth that could not be realized by carbon doping, and the p / n type inversion boundary can be formed only by controlling the concentration of nitrogen to be doped. It is possible to control the depth position (boundary depth). As a result, the p / n type inversion region can not be formed on the surface side of the boundary depth.
In addition, by performing the treatment under specific heat treatment conditions, the resistance value that could not be improved in the carbon-doped CZ wafer is prevented from decreasing at the depth position, that is, the resistance value is constant in the wafer depth direction. Thus, it is possible to provide a high resistance wafer that does not have a portion where the resistance value decreases in the depth direction relative to the surface resistance value.

本発明の本発明の高抵抗シリコンウェーハの製造方法は、p/n型反転領域が発生する表面からの深度範囲を調節するシリコンウェーハの製造方法であって、
ウェーハ表面抵抗値が0.1〜10kΩcmとなるp型ドーパント濃度、窒素濃度;1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)、酸素濃度Oiが5.0×1017〜20×1017atoms/cm (ASTM F123-1979)としてCZ法により単結晶を引き上げる引き上げ工程と、この単結晶からスライスしてウェーハに加工する加工工程と、非酸化性雰囲気による酸素外方拡散熱処理工程と、を有し、
ウェーハ表面側のp型領域と厚さ方向内側のp/n型領域との境界となる抵抗値のピーク位置が、前記窒素濃度によってウェーハ表面からの境界深度10〜70μmの範囲に設定されるよう調節することにより上記課題を解決した。
本発明本発明は、前記酸素外方拡散熱処理工程後に、酸素析出核形成熱処理工程および/または酸素析出物形成熱処理工程と、を有することができる。
本発明本発明の高抵抗シリコンウェーハの製造方法は、p/n型反転領域が発生せず、ウェーハ厚さ全域において抵抗分布が、0.1〜10kΩcmの範囲に設定される基準値に対し、そのバラツキが、0〜30%以内に設定されるp型領域を有するシリコンウェーハの製造方法であって、
ウェーハ表面抵抗値が0.1〜10kΩcmとなるp型ドーパント濃度、窒素濃度;1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)、酸素濃度Oiが5×1017〜20×1017atoms/cm (ASTM F123-1979)としてCZ法により単結晶を引き上げる引き上げ工程と、この単結晶からスライスしてウェーハに加工する加工工程と、非酸化性雰囲気による酸素外方拡散熱処理工程と、酸素析出核形成熱処理工程および/または酸素析出物形成熱処理工程と、を有することにより上記課題を解決した。
さらにさらに、前記酸素外方拡散熱処理が、アルゴンガス、水素ガス、あるいはそれらの混合ガス雰囲気中にて処理温度1100〜1250℃、処理時間1〜5時間とされる熱処理条件であることが可能である。
また、また、酸素外方拡散熱処理を施すことにより、デバイス製造の工程における熱処理が行われる際に、サーマルドナー発生に起因するp/n型反転領域を、デバイス活性領域およびそれに接して形成される空乏層領域には接しない深さに発生させることができる。
また、また、前記酸素析出核形成熱処理が、処理温度600〜800℃、処理時間1〜20時間とされる熱処理条件とされ、前記酸素析出物形成熱処理が、処理温度1000〜1100℃℃、処理時間1〜20時間とされる熱処理条件であることがある。
本発明本発明においては、前記酸素外方拡散熱処理を施した後、さらに酸素析出核形成熱処理および/または酸素析出物形成熱処理を施すことが望ましい。
本発明の本発明の高抵抗シリコンウェーハは、抵抗率が100Ωcm以上で、シリコンウェーハ表面に無欠陥層が形成されたp型のシリコンウェーハであって、
窒素がドープされ、デバイス製造の工程における熱処理が行われた際にサーマルドナー発生に起因するp/n型反転領域がデバイスの活性領域およびそれに接して形成される空乏領域には接しない深さにあることにより上記課題を解決した。
本発明本発明において、前記p/n型反転領域がウェーハ表面から10μm〜70μmの範囲とされる深さにあることがより好ましい。
本発明本発明には、前記p/n型反転領域が酸素析出物を含有することが可能である。
また、また、本発明において、ウェーハ内の窒素濃度が、1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)とされる手段を採用することもできる。
本発明本発明においては、p型ウェーハで、窒素がドープされ、アルゴンガス、水素ガス、あるいはそれらの混合ガス雰囲気中にて処理温度1100〜1250℃、処理時間1〜5時間とされる熱処理により、表面から深さ方向への抵抗分布が、0.1〜10kΩcm程度のp型表面領域と、深さ方向に抵抗値が上昇下降してピークを有するピーク領域と、酸素ドナーによるp/n型反転深度領域とを有し、前記ピーク領域におけるピーク位置がウェーハ表面からの深度10〜70μmの範囲とされることが好ましい。
本発明本発明においては、p型ウェーハで、窒素がドープされ、アルゴンガス、水素ガス、あるいはそれらの混合ガス雰囲気中にて処理温度1100〜1250℃、処理時間1〜5時間とされる熱処理に加えて、処理温度1000〜1100℃℃、処理時間1〜20時間とされる熱処理により、表面から付加さ方向への抵抗分布が、厚さ全域において、0.1〜10kΩcmの範囲に設定される基準値に対し、そのバラツキが、0〜30%以内に設定されることができる。
本発明本発明においては、800℃3hr+1000℃16hrの熱処理した場合に発生する酸素析出物密度が、多結晶化(DF切れ)を起こさない最大限界濃度とされる32×1016atoms/cm (ASTM F123-1981)の炭素をドープしたウェーハに同一条件で熱処理した場合に発生する酸素析出物密度に比べて、2〜4×1010個/cm 多いことができる。
The method for producing a high resistance silicon wafer of the present invention is a method for producing a silicon wafer for adjusting a depth range from a surface where a p / n type inversion region is generated,
The p-type dopant concentration and nitrogen concentration at which the wafer surface resistance value is 0.1 to 10 kΩcm; 1.0 × 10 13 to 10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981), and the oxygen concentration Oi is 5.0 ×. 10 17 to 20 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM F123-1979), a pulling process for pulling a single crystal by a CZ method, a processing process for slicing the single crystal into a wafer, and oxygen in a non-oxidizing atmosphere An outward diffusion heat treatment step,
The peak position of the resistance value that becomes the boundary between the p-type region on the wafer surface side and the p / n-type region on the inner side in the thickness direction is set to a boundary depth of 10 to 70 μm from the wafer surface by the nitrogen concentration. The above problems were solved by adjusting.
The present invention can have an oxygen precipitation nucleation heat treatment step and / or an oxygen precipitate formation heat treatment step after the oxygen outward diffusion heat treatment step.
In the manufacturing method of the high resistance silicon wafer of the present invention, the p / n type inversion region does not occur, and the resistance distribution over the entire wafer thickness is set to a reference value in a range of 0.1 to 10 kΩcm. The variation is a method for manufacturing a silicon wafer having a p-type region set within 0 to 30%,
P-type dopant concentration and nitrogen concentration at which the wafer surface resistance value is 0.1 to 10 kΩcm; 1.0 × 10 13 to 10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981), oxygen concentration Oi is 5 × 10 17 Up to 20 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM F123-1979), a pulling process for pulling up a single crystal by the CZ method, a processing process for slicing the single crystal into a wafer, and oxygen outward in a non-oxidizing atmosphere The above problems have been solved by having a diffusion heat treatment step, an oxygen precipitation nucleus formation heat treatment step and / or an oxygen precipitate formation heat treatment step.
Furthermore, the oxygen outward diffusion heat treatment may be a heat treatment condition in which a treatment temperature is 1100 to 1250 ° C. and a treatment time is 1 to 5 hours in an atmosphere of argon gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof. is there.
Further, by performing oxygen outward diffusion heat treatment, when heat treatment is performed in the device manufacturing process, a p / n type inversion region resulting from thermal donor generation is formed in contact with the device active region. It can be generated at a depth that does not contact the depletion layer region.
The oxygen precipitation nucleation heat treatment is performed under the heat treatment conditions of a processing temperature of 600 to 800 ° C. and a processing time of 1 to 20 hours, and the oxygen precipitate formation heat treatment is performed at a processing temperature of 1000 to 1100 ° C. The heat treatment conditions may be 1 to 20 hours.
In the present invention, it is desirable to perform oxygen precipitation nucleus formation heat treatment and / or oxygen precipitate formation heat treatment after the oxygen outward diffusion heat treatment.
The high resistance silicon wafer of the present invention is a p-type silicon wafer having a resistivity of 100 Ωcm or more and having a defect-free layer formed on the surface of the silicon wafer,
The depth is such that the p / n type inversion region resulting from thermal donor generation is not in contact with the active region of the device and the depletion region formed in contact therewith when nitrogen is doped and heat treatment is performed in the device manufacturing process. The above problem has been solved.
In the present invention, it is more preferable that the p / n type inversion region is at a depth of 10 μm to 70 μm from the wafer surface.
In the present invention, the p / n type inversion region may contain oxygen precipitates.
Further, in the present invention, a means in which the nitrogen concentration in the wafer is 1.0 × 10 13 to 10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981) can also be employed.
In the present invention, a p-type wafer is doped with nitrogen and subjected to a heat treatment in an atmosphere of argon gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof at a processing temperature of 1100 to 1250 ° C. and a processing time of 1 to 5 hours. A p-type surface region having a resistance distribution from the surface to the depth direction of about 0.1 to 10 kΩcm, a peak region having a resistance value increasing and decreasing in the depth direction, and a p / n type by an oxygen donor It is preferable that a peak position in the peak region is within a range of 10 to 70 μm from the wafer surface.
In the present invention, a p-type wafer is subjected to a heat treatment in which nitrogen is doped and the processing temperature is 1100 to 1250 ° C. and the processing time is 1 to 5 hours in an atmosphere of argon gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof. In addition, the resistance distribution from the surface to the direction of addition is set in the range of 0.1 to 10 kΩcm over the entire thickness by heat treatment at a processing temperature of 1000 to 1100 ° C. and a processing time of 1 to 20 hours. The variation with respect to the reference value can be set within 0 to 30%.
In the present invention, the density of oxygen precipitates generated when heat treatment is performed at 800 ° C. for 3 hours + 1000 ° C. for 16 hours is set to 32 × 10 16 atoms / cm 3 (the maximum limit concentration that does not cause crystallization (DF breakage)). The density of oxygen precipitates generated when a carbon-doped wafer of ASTM F123-1981) is heat-treated under the same conditions can be increased by 2 to 4 × 10 10 pieces / cm 3 .

本発明の本発明の高抵抗シリコンウェーハの製造方法は、p/n型反転領域が発生する表面からの深度範囲を調節するシリコンウェーハの製造方法であって、
ウェーハ表面抵抗値が0.1〜10kΩcmとなるp型ドーパント濃度、窒素濃度;1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)、酸素濃度Oiが5.0×1017〜20×1017atoms/cm (ASTM F123-1979)としてCZ法により単結晶を引き上げる引き上げ工程と、この単結晶からスライスしてウェーハに加工する加工工程と、非酸化性雰囲気による酸素外方拡散熱処理工程と、を有し、
ウェーハ表面側のp型領域と厚さ方向内側のp/n型領域との境界となる抵抗値のピーク位置が、前記窒素濃度によってウェーハ表面からの境界深度10〜70μmの範囲に設定されるよう調節することにより、上記の範囲にピーク位置で表現されるp/n型反転領域境界の深さ位置を制御して、炭素ドープのウェーハでは実現できない深さ位置とし、同時にこの状態をウェーハ面内においてほぼ均一状態に全面で形成するとともに、同程度の熱処理時間により炭素ドープのウェーハに比べて高いゲッタリング能を有し、かつ、より高いウェーハ変形防止およびスリップ・割れ発生防止を実現でき、さらに、同じ表面抵抗値に設定しても、より高周波のデバイスに対応可能なウェーハを提供することができる。
The method for producing a high-resistance silicon wafer of the present invention is a method for producing a silicon wafer for adjusting a depth range from a surface where a p / n type inversion region is generated,
P-type dopant concentration wafer surface resistivity becomes 0.1~10Keiomegacm, nitrogen concentration; 1.0 × 10 13 ~10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981), the oxygen concentration Oi is 5.0 × 10 17 to 20 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM F123-1979), a pulling process for pulling a single crystal by a CZ method, a processing process for slicing the single crystal into a wafer, and oxygen in a non-oxidizing atmosphere An outward diffusion heat treatment step,
The peak position of the resistance value that becomes the boundary between the p-type region on the wafer surface side and the p / n-type region on the inner side in the thickness direction is set to a boundary depth of 10 to 70 μm from the wafer surface by the nitrogen concentration. By adjusting, the depth position of the boundary of the p / n type inversion region expressed by the peak position in the above range is controlled to make it a depth position that cannot be realized with a carbon-doped wafer. In addition, it has a substantially uniform state over the entire surface, has a high gettering ability compared with a carbon-doped wafer, and can realize higher wafer deformation prevention and slip / cracking prevention by a comparable heat treatment time. Even if the same surface resistance value is set, it is possible to provide a wafer that can be used for a higher frequency device.

本発明本発明は、前記酸素外方拡散熱処理工程後に、酸素析出核形成熱処理工程および/または酸素析出物形成熱処理工程と、を有することで、炭素ドープのウェーハに比べて深い位置にp/n型反転領域境界を形成することができる。   The present invention has an oxygen precipitation nucleation heat treatment step and / or an oxygen precipitate formation heat treatment step after the oxygen outward diffusion heat treatment step, so that the p / n is deeper than the carbon-doped wafer. A mold inversion region boundary can be formed.

本発明本発明の高抵抗シリコンウェーハの製造方法は、p/n型反転領域が発生せず、ウェーハ厚さ全域において抵抗分布が、0.1〜10kΩcmの範囲に設定される基準値に対し、そのバラツキが、0〜30%以内に設定されるp型領域を有するシリコンウェーハの製造方法であって、
ウェーハ表面抵抗値が0.1〜10kΩcmとなるp型ドーパント濃度、窒素濃度;1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)、酸素濃度Oiが5×1017〜20×1017atoms/cm (ASTM F123-1979)としてCZ法により単結晶を引き上げる引き上げ工程と、この単結晶からスライスしてウェーハに加工する加工工程と、非酸化性雰囲気による酸素外方拡散熱処理工程と、酸素析出核形成熱処理工程および/または酸素析出物形成熱処理工程と、を有することにより、炭素ドープウェーハでは実現できなかった、p/n型反転領域が発生しない高抵抗ウェーハを実現することが可能となる。
In the manufacturing method of the high resistance silicon wafer of the present invention, the p / n type inversion region does not occur, and the resistance distribution over the entire wafer thickness is set to a reference value in a range of 0.1 to 10 kΩcm. The variation is a method for manufacturing a silicon wafer having a p-type region set within 0 to 30%,
P-type dopant concentration wafer surface resistivity becomes 0.1~10Keiomegacm, nitrogen concentration; 1.0 × 10 13 ~10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981), the oxygen concentration Oi is 5 × 10 17 Up to 20 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM F123-1979), a pulling process for pulling up a single crystal by the CZ method, a processing process for slicing the single crystal into a wafer, and oxygen outward in a non-oxidizing atmosphere By having a diffusion heat treatment step, an oxygen precipitation nucleation heat treatment step and / or an oxygen precipitate formation heat treatment step, a high resistance wafer that does not generate a p / n type inversion region, which cannot be realized with a carbon-doped wafer, is realized. It becomes possible to do.

さらにさらに、前記酸素外方拡散熱処理が、アルゴンガス、水素ガス、あるいはそれらの混合ガス雰囲気中にて処理温度1100〜1250℃、処理時間1〜5時間とされる熱処理条件であることが可能である。   Furthermore, the oxygen outward diffusion heat treatment may be a heat treatment condition in which a treatment temperature is 1100 to 1250 ° C. and a treatment time is 1 to 5 hours in an atmosphere of argon gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof. is there.

また、また、酸素外方拡散熱処理を施すことにより、デバイス製造の工程における熱処理が行われる際に、サーマルドナー発生に起因するp/n型反転領域を、デバイス活性領域およびそれに接して形成される空乏層領域には接しない深さに発生させることができる。   Further, by performing oxygen outward diffusion heat treatment, when heat treatment is performed in the device manufacturing process, a p / n type inversion region resulting from thermal donor generation is formed in contact with the device active region. It can be generated at a depth that does not contact the depletion layer region.

また、また、前記酸素析出核形成熱処理が、処理温度600〜800℃、処理時間1〜20時間とされる熱処理条件とされ、前記酸素析出物形成熱処理が、処理温度1000〜1100℃℃、処理時間1〜20時間とされる熱処理条件であることがある。   In addition, the oxygen precipitation nucleation heat treatment is performed under heat treatment conditions of a processing temperature of 600 to 800 ° C. and a processing time of 1 to 20 hours, and the oxygen precipitate formation heat treatment is performed at a processing temperature of 1000 to 1100 ° C. The heat treatment conditions may be 1 to 20 hours.

本発明本発明においては、前記酸素外方拡散熱処理を施した後、さらに酸素析出核形成熱処理および/または酸素析出物形成熱処理を施すことで、雇用している酸素を固定することで、酸素濃度を低減して、ドナーの影響を低減することができる。   In the present invention, after the oxygen outward diffusion heat treatment is performed, the oxygen precipitation nucleation heat treatment and / or the oxygen precipitate formation heat treatment is further performed to fix the employed oxygen, whereby the oxygen concentration And the influence of the donor can be reduced.

本発明の本発明の高抵抗シリコンウェーハは、抵抗率が100Ωcm以上で、シリコンウェーハ表面に無欠陥層が形成されたp型のシリコンウェーハであって、
上記のいずれか記載の製造方法によって製造され、
窒素がドープされ、デバイス製造の工程における熱処理が行われた際にサーマルドナー発生に起因するp/n型反転領域がデバイスの活性領域およびそれに接して形成される空乏領域には接しない深さにあることにより、サーマルドナーの影響をなくし、優れた特性
を発揮するCMOSなどのデバイスを製造できるウェーハを提供することが可能となる。
The high resistance silicon wafer of the present invention is a p-type silicon wafer having a resistivity of 100 Ωcm or more and having a defect-free layer formed on the surface of the silicon wafer,
Manufactured by any one of the manufacturing methods described above,
The depth is such that the p / n type inversion region resulting from thermal donor generation is not in contact with the active region of the device and the depletion region formed in contact therewith when nitrogen is doped and heat treatment is performed in the device manufacturing process. As a result, it is possible to provide a wafer that can manufacture a device such as a CMOS that eliminates the influence of a thermal donor and exhibits excellent characteristics.

本発明本発明において、前記p/n型反転領域がウェーハ表面から境界深度とされる10μm〜70μmまでの範囲とされる深さにあることで、サーマルドナーの影響をより一層低減できる。なお、境界深度は好ましくは15〜60μm、20〜50μm、30〜45μm、35〜55μm、25〜40μm、40〜65μm、45〜70μmとすることができる。   In the present invention, the influence of the thermal donor can be further reduced by the p / n type inversion region having a depth in the range of 10 μm to 70 μm which is the boundary depth from the wafer surface. The boundary depth is preferably 15 to 60 μm, 20 to 50 μm, 30 to 45 μm, 35 to 55 μm, 25 to 40 μm, 40 to 65 μm, and 45 to 70 μm.

本発明本発明には、前記p/n型反転領域が酸素析出物を含有することにより、ゲッタリング能を有し、かつ、変形・割れの防止を図ることができる。   In the present invention, the p / n type inversion region contains an oxygen precipitate, so that it has gettering ability and can prevent deformation and cracking.

また、また、本発明において、ウェーハ内の窒素濃度が、1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)とされるとともに、この範囲内において、濃度を調節することにより、高濃度の場合はp/n型反転領域境界を深い深度位置に設定し、低濃度の場合には、p/n型反転領域境界を浅い深度位置に設定することができる。 In the present invention, the nitrogen concentration in the wafer is set to 1.0 × 10 13 to 10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981), and the concentration is adjusted within this range. Thus, the p / n type inversion region boundary can be set at a deep depth position when the concentration is high, and the p / n type inversion region boundary can be set at a shallow depth position when the concentration is low.

本発明本発明においては、p型ウェーハで、窒素がドープされ、アルゴンガス、水素ガス、あるいはそれらの混合ガス雰囲気中にて処理温度1100〜1250℃、処理時間1〜5時間とされる熱処理により、表面から深さ方向への抵抗分布が、0.1〜10kΩcm程度のp型表面領域と、深さ方向に抵抗値が上昇下降してピークを有するピーク領域と、酸素ドナーによるp/n型反転深度領域とを有し、前記ピーク領域におけるピーク位置がウェーハ表面からの深度10〜70μmの範囲とされることが好ましい。   In the present invention, a p-type wafer is doped with nitrogen and subjected to a heat treatment in an atmosphere of argon gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof at a processing temperature of 1100 to 1250 ° C. and a processing time of 1 to 5 hours. A p-type surface region having a resistance distribution from the surface to the depth direction of about 0.1 to 10 kΩcm, a peak region having a resistance value increasing and decreasing in the depth direction, and a p / n type by an oxygen donor It is preferable that a peak position in the peak region is within a range of 10 to 70 μm from the wafer surface.

本発明本発明においては、p型ウェーハで、窒素がドープされ、アルゴンガス、水素ガス、あるいはそれらの混合ガス雰囲気中にて処理温度1100〜1250℃、処理時間1〜5時間とされる熱処理に加えて、処理温度1000〜1100℃℃、処理時間1〜20時間とされる熱処理により、表面から付加さ方向への抵抗分布が、厚さ全域において、0.1〜10kΩcmの範囲に設定される基準値に対し、そのバラツキが、0〜30%以内に設定されることができる。   In the present invention, a p-type wafer is subjected to a heat treatment in which nitrogen is doped and the processing temperature is 1100 to 1250 ° C. and the processing time is 1 to 5 hours in an atmosphere of argon gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof. In addition, the resistance distribution from the surface to the direction of addition is set in the range of 0.1 to 10 kΩcm over the entire thickness by heat treatment at a processing temperature of 1000 to 1100 ° C. and a processing time of 1 to 20 hours. The variation with respect to the reference value can be set within 0 to 30%.

本発明本発明においては、800℃3hr+1000℃16hrの熱処理した場合に発生する酸素析出物密度が、多結晶化(DF切れ)を起こさない最大限界濃度とされる32×1016atoms/cm (ASTM F123-1981)の炭素をドープしたウェーハに同一条件で熱処理した場合に発生する酸素析出物密度に比べて、2〜4×1010個/cm 多いことができる。 In the present invention, the density of oxygen precipitates generated when heat treatment is performed at 800 ° C. for 3 hours + 1000 ° C. for 16 hours is set to 32 × 10 16 atoms / cm 3 (the maximum limit concentration at which polycrystallization (DF breakage) does not occur). The density of oxygen precipitates generated when a carbon-doped wafer of ASTM F123-1981) is heat-treated under the same conditions can be increased by 2 to 4 × 10 10 pieces / cm 3 .

上記の熱処理条件として、アルゴン、水素、またはこれらの混合ガス、または窒素に少量の酸素を含有した混合ガスを用いた調整雰囲気中にて、高温で1時間以上の酸素外方拡散処理をおこなうのが、限られた時間ではp/n型反転領域の位置をより深くできることがわかった。高温加熱により、酸素または酸素を含む雰囲気でも酸素外方拡散は可能であるが、非酸化性または弱酸化性雰囲気とする方が、表面近傍の酸素分圧を低くでき、酸素の離脱速度が大きくなると思われる。この非酸化性雰囲気中での高温加熱処理は、いわゆるDZ処理と同様COP(Crystal Originated Particle )欠陥などの表面近傍の欠陥を消滅させる効果もある。   As the above heat treatment conditions, oxygen out-diffusion treatment is performed at a high temperature for 1 hour or more in a controlled atmosphere using argon, hydrogen, or a mixed gas thereof, or a mixed gas containing a small amount of oxygen in nitrogen. However, it has been found that the position of the p / n type inversion region can be deeper in a limited time. Although oxygen outdiffusion is possible even in an atmosphere containing oxygen or oxygen by heating at a high temperature, the oxygen partial pressure in the vicinity of the surface can be lowered and the oxygen desorption rate is larger in a non-oxidizing or weakly oxidizing atmosphere. It seems to be. This high-temperature heat treatment in a non-oxidizing atmosphere has the effect of eliminating defects near the surface such as COP (Crystal Originated Particle) defects as in the so-called DZ treatment.

また、デバイス形成領域として使用される領域は、ウェーハ表面部から数μm程度の深さ領域に限定されている。このため、近年、デバイス形成領域として使用されないその他のウェーハの下層領域は、研磨処理などにより除去されることがある。このため、無理にウェーハ全域に亘り酸素濃度を低下させなくても、酸素外方拡散熱処理を行うことで、デバイス形成領域として使用されるウェーハ表層部が十分に低酸素化され、p型で高抵抗率を有するデバイス形成領域を確保することができる。   Further, the region used as the device formation region is limited to a depth region of about several μm from the wafer surface. For this reason, in recent years, lower layer regions of other wafers that are not used as device forming regions may be removed by polishing or the like. For this reason, even if the oxygen concentration is not lowered over the entire area of the wafer, the oxygen outer diffusion heat treatment is performed to sufficiently reduce the oxygen concentration in the surface layer of the wafer used as the device formation region. A device formation region having resistivity can be secured.

上述の表面部の酸素を外方拡散により低減させた後、低温で加熱しさらに高温で加熱する熱処理、すなわち、酸素析出熱処理を施すのが望ましい。酸素析出熱処理により酸素析出が促進され、ウェーハ内部での残存酸素が低下し高抵抗化が図れる。さらに、p/n型反転領域をより深い位置で発生させることができる。   After reducing the oxygen in the surface portion by outward diffusion, it is desirable to perform a heat treatment that heats at a low temperature and further heats at a high temperature, that is, an oxygen precipitation heat treatment. Oxygen precipitation is promoted by the oxygen precipitation heat treatment, the residual oxygen inside the wafer is reduced, and the resistance can be increased. Further, the p / n type inversion region can be generated at a deeper position.

酸素析出熱処理では、酸素外方拡散のための高温加熱により消失あるいは収縮した、酸素析出のための核を再形成あるいは成長させるための低温加熱による酸素析出核形成熱処理と、この核をさらに成長させ酸素析出物とするための高温加熱による酸素析出物成長熱処理とによる。   In the oxygen precipitation heat treatment, the oxygen precipitation nucleation heat treatment by low temperature heating to re-form or grow the nucleus for oxygen precipitation that disappeared or contracted by the high temperature heating for oxygen outward diffusion, and this nucleus was further grown. By heat treatment for growing oxygen precipitates by high-temperature heating to obtain oxygen precipitates.

デバイスの種類によっては、ウェーハ内部の抵抗率が低すぎると、デバイス使用領域よりも深い位置を通る電流量が増加し、エネルギー損出や電流ノイズを発生させることから、デバイス特性を著しく悪化させる。このため、デバイス使用領域より深い位置での高抵抗化が要求される場合がある。   Depending on the type of device, if the resistivity inside the wafer is too low, the amount of current passing through a position deeper than the device use area increases, causing energy loss and current noise, which significantly deteriorates the device characteristics. For this reason, it may be required to increase the resistance at a position deeper than the device use region.

この場合に、ウェーハに酸素外方拡散熱処理を施すだけでは、ウェーハ内部、すなわち、ウェーハ全域を低酸素化することは困難であり、ウェーハ内部の残存酸素濃度が高くならざるを得ない。これに対応するため、ウェーハ表面の酸素を外方拡散させた後、酸素析出熱処理を施すのが望ましい。   In this case, it is difficult to reduce the oxygen inside the wafer, that is, the entire area of the wafer only by performing oxygen outward diffusion heat treatment on the wafer, and the residual oxygen concentration inside the wafer must be increased. In order to cope with this, it is desirable to perform oxygen precipitation heat treatment after oxygen on the wafer surface is diffused outward.

すなわち、ウェーハ内部の抵抗率が低いことによる、エネルギー損出や電流ノズル発生などの問題は、デバイス使用領域よりも深い位置での高抵抗化が達成されていればよく、その極性がn型であっても問題ないと考えられることから、酸素析出熱処理を施して、n型に反転したウェーハ内部の高抵抗化を図ることが有効である。   In other words, problems such as energy loss and generation of current nozzles due to the low resistivity inside the wafer are only required to achieve high resistance at a position deeper than the device use region, and the polarity is n-type. Therefore, it is effective to increase the resistance inside the wafer inverted to n-type by performing oxygen precipitation heat treatment.

以上、本発明においては、表面のDZ、p/n型反転領域の発生位置、内部のBMD形成について、より望ましい状態を得るための条件、つまり炭素ドープウェーハに比べて、酸素濃度が低い状態を実現し、炭素ドープウェーハに比べて高いBMD密度を実現するとともに、p/n型反転領域形成位置をより深くするか、p/n型反転領域が形成されず、抵抗値が付加さ方向で低減しない条件を求めたものである。   As described above, in the present invention, conditions for obtaining a more desirable state for the surface DZ, the generation position of the p / n type inversion region, and the internal BMD formation, that is, a state where the oxygen concentration is lower than that of the carbon-doped wafer. Realized and high BMD density compared to carbon-doped wafers, deepened p / n-type inversion region formation position or no p / n-type inversion region formed, and reduced resistance in the added direction This is the condition for not doing so.

本発明は、高周波用ダイオード等のデバイス製造に供して最適な高抵抗なものであり、ゲッタリングに必要な酸素析出起因欠陥密度が確保され、デバイス熱処理工程での酸素ドナーの発生を効果的に抑制でき、十分な機械的強度を有する高抵抗シリコンウェーハを提供する。
また、熱処理時間が短く、熱処理炉内でのシリコンウェーハの重金属汚染が生じにくく、上述したシリコンウェーハを高品質で低コストで製造できる高抵抗率のシリコンウェーハの製造方法を提供する。
さらに、上述したシリコンウェーハを用いた安価で、高比抵抗層の抵抗率が十分に高くノイズの少ない高周波用ダイオードに用いて好適なシリコンウェーハを提供する。
また、高抵抗CZ結晶を育成した後、加工されたウェーハへ施す熱処理工程を短縮することにより経済性に優れ、しかもデバイス熱処理工程での酸素ドナーの発生を効果的に抑制でき、更にはバルクに形成される酸素析出起因欠陥(酸素析出核あるいは酸素析出物)が再結合中心となって再結合中心を形成する必要がなく、また、ゲッタリング能力、ウェーハの機械的強度が高く、ライフタイム制御可能で収率が高く低コストな高周波用デバイスを製造可能な高抵抗率のシリコンウェーハおよびその製造方法を提供する。
The present invention is suitable for manufacturing devices such as high-frequency diodes, and has an optimum high resistance. The defect density due to oxygen precipitation necessary for gettering is ensured, and the generation of oxygen donors in the device heat treatment process is effectively achieved. A high-resistance silicon wafer that can be suppressed and has sufficient mechanical strength is provided.
In addition, the present invention provides a method for producing a silicon wafer having a high resistivity that can produce the above-described silicon wafer at high quality and at low cost because the heat treatment time is short, and the heavy metal contamination of the silicon wafer in the heat treatment furnace hardly occurs.
Furthermore, a silicon wafer suitable for use in a high-frequency diode that is inexpensive and uses the above-described silicon wafer and has a sufficiently high resistivity and low noise is provided.
In addition, after growing the high-resistance CZ crystal, the heat treatment process applied to the processed wafer is shortened, so that the economy is excellent, and the generation of oxygen donors in the device heat treatment process can be effectively suppressed. There is no need to form recombination centers because the defects caused by oxygen precipitation (oxygen precipitation nuclei or oxygen precipitates) are formed as recombination centers. In addition, gettering capability and wafer mechanical strength are high, and lifetime control is performed. Provided are a high-resistivity silicon wafer capable of manufacturing a high-frequency device capable of high yield and low cost, and a manufacturing method thereof.

本発明の高抵抗シリコンウェーハによれば、CMOSなどのデバイスを表面に形成させたとき、特性不良やn−wellの分離不能などの問題発生が少ない。高抵抗シリコンウェーハにおいてこのような問題の多発する原因は、一つにはサーマルドナーの影響を強く受け易いことにある。このサーマルドナーの発生を抑止するため、ウェーハ中の固溶酸素濃度をできるだけ低く抑える方法があるが、固溶酸素の減少はウェーハ強度を低下させるので、デバイスの製造過程にて変形によるトラブルを生じさせるおそれがある。また、熱処理によってウェーハ中の固溶酸素濃度を低く抑えようとすると、多大な工数を要することになる。したがって、本発明の高抵抗シリコンウェーハでは、ウェーハ内部の固溶酸素は低減させないので、このような問題は生じることなく、効率的な処理によって、デバイス製造工程で種々の熱処理がおこなわれた場合でも、サーマルドナーの影響をなくし、優れた特性を発揮するCMOSなどのデバイスを製造できる。さらに、本発明においては、p/n型反転領域の発生位置の深度を制御して、しかもより深い位置に形成することが可能となる。   According to the high resistance silicon wafer of the present invention, when a device such as a CMOS is formed on the surface, there are few problems such as poor characteristics and inseparability of n-well. One cause of the frequent occurrence of such problems in high-resistance silicon wafers is that they are easily affected by thermal donors. In order to suppress the generation of thermal donors, there is a method to keep the concentration of dissolved oxygen in the wafer as low as possible. However, since the decrease in dissolved oxygen reduces the strength of the wafer, troubles due to deformation occur in the device manufacturing process. There is a risk of causing. In addition, if it is attempted to keep the concentration of dissolved oxygen in the wafer low by heat treatment, a large number of man-hours are required. Therefore, in the high-resistance silicon wafer of the present invention, the solid solution oxygen inside the wafer is not reduced. Therefore, such a problem does not occur, and even when various heat treatments are performed in the device manufacturing process by efficient processing. Thus, it is possible to manufacture a device such as a CMOS that eliminates the influence of the thermal donor and exhibits excellent characteristics. Furthermore, in the present invention, it is possible to control the depth of the generation position of the p / n type inversion region and form it at a deeper position.

シリコンウェーハにおけるサーマルドナー発生量と抵抗率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the thermal donor generation amount and resistivity in a silicon wafer. p型ウェーハ上に形成されたCMOSの構成とp/n型反転領域との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the structure of CMOS formed on the p-type wafer, and the p / n type inversion area | region. 本発明のシリコンウェーハの製造方法の実施形態におけるアニール後のウェーハ深さ方向への抵抗値分布を示すグラフである。It is a graph which shows resistance value distribution to the wafer depth direction after annealing in embodiment of the manufacturing method of the silicon wafer of this invention. 本発明のシリコンウェーハの製造方法の実施形態におけるアニール後のウェーハ深さ方向への抵抗値分布を示すグラフである。It is a graph which shows resistance value distribution to the wafer depth direction after annealing in embodiment of the manufacturing method of the silicon wafer of this invention. 本発明のシリコンウェーハの製造方法の実施形態におけるアニール後のウェーハ深さ方向への抵抗値分布を示すグラフである。It is a graph which shows resistance value distribution to the wafer depth direction after annealing in embodiment of the manufacturing method of the silicon wafer of this invention. 本発明のシリコンウェーハの製造方法の実施形態におけるアニール後のウェーハ深さ方向への抵抗値分布を示すグラフである。It is a graph which shows resistance value distribution to the wafer depth direction after annealing in embodiment of the manufacturing method of the silicon wafer of this invention. 本発明のシリコンウェーハの製造方法の実施形態におけるアニール後のウェーハ深さ方向への抵抗値分布を示すグラフである。It is a graph which shows resistance value distribution to the wafer depth direction after annealing in embodiment of the manufacturing method of the silicon wafer of this invention. 本発明のシリコンウェーハの製造方法の実施形態におけるアニール後のウェーハ深さ方向への抵抗値分布を示すグラフである。It is a graph which shows resistance value distribution to the wafer depth direction after annealing in embodiment of the manufacturing method of the silicon wafer of this invention. 本発明のシリコンウェーハの製造方法の実施形態におけるアニール後のウェーハ面内における残存酸素濃度を示すグラフである。It is a graph which shows the residual oxygen concentration in the wafer surface after annealing in embodiment of the manufacturing method of the silicon wafer of this invention. 本発明のシリコンウェーハの製造方法の実施形態におけるアニール後のウェーハ面内におけるBMD(酸素析出物)密度を示すグラフである。It is a graph which shows the BMD (oxygen precipitate) density in the wafer surface after annealing in embodiment of the manufacturing method of the silicon wafer of this invention. サーマルドナー発生の影響を調べるために用いた、CMOSがウェーハ上に形成される工程をシミュレートした熱処理条件を示す図である。It is a figure which shows the heat processing conditions which simulated the process in which CMOS was used for investigating the influence of thermal donor generation | occurrence | production on a wafer. 本発明における熱処理レートを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the heat processing rate in this invention. デバイス製造工程における熱処理条件をパラメータとしたウェーハ中の残存酸素量と生成されるサーマルドナー密度との関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between the residual oxygen amount in a wafer and the thermal donor density produced | generated using the heat processing conditions in a device manufacturing process as a parameter. 本発明のシリコンウェーハから製造される高周波用ダイオードの一例を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating an example of the high frequency diode manufactured from the silicon wafer of this invention.

以下、本発明に係るシリコンウェーハおよびその製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a silicon wafer and a manufacturing method thereof according to the invention will be described with reference to the drawings.

本発明のシリコンウェーハは、p/n型反転領域が発生する表面からの深度範囲を調節するシリコンウェーハであって、ウェーハ表面抵抗値が0.1〜10kΩcmとなるp型ドーパント濃度、窒素濃度;1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)、酸素濃度Oiが5.0×1017〜20×1017atoms/cm (ASTM F123-1979)としてCZ法により単結晶を引き上げられた単結晶からスライスされ、非酸化性雰囲気による酸素外方拡散熱処理工程を経ることで、図3に示すように、ウェーハ表面側のp型領域と厚さ方向内側のp/n型領域との境界となる抵抗値のピーク位置が、前記窒素濃度によってウェーハ表面からの境界深度10〜70μmの範囲に設定されており、表面近傍は無欠陥層が形成されたp型のウェーハであって、デバイスの製造工程において種々の熱処理がおこなわれたとき、サーマルドナー発生に起因するp/n型反転領域が、デバイス活性領域およびそれに接して形成される空乏層領域とは離れた深さにあるものである。 The silicon wafer of the present invention is a silicon wafer that adjusts the depth range from the surface where the p / n-type inversion region is generated, and the p-type dopant concentration and nitrogen concentration at which the wafer surface resistance value is 0.1 to 10 kΩcm; CZ method with 1.0 × 10 13 to 10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981) and oxygen concentration Oi of 5.0 × 10 17 to 20 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM F123-1979) As shown in FIG. 3, the single crystal is sliced from the single crystal pulled up by the above and subjected to an oxygen outward diffusion heat treatment step in a non-oxidizing atmosphere, and as shown in FIG. The peak position of the resistance value that becomes the boundary with the / n-type region is set to a boundary depth of 10 to 70 μm from the wafer surface by the nitrogen concentration, and a defect-free layer is formed in the vicinity of the surface. P / n-type inversion region resulting from thermal donor generation when the various heat treatments are performed in the device manufacturing process, the device active region and the depletion layer formed in contact therewith A region is one that is at a remote depth.

本発明のシリコンウェーハは、表面から深さ10〜70μmに設定された境界深度以内の範囲には、サーマルドナーによるp/n型反転領域が発生しないものである。p/n型反転領域をデバイス活性領域およびそれに接して形成される空乏層領域とは離れた深さに発生させることができる。   In the silicon wafer of the present invention, a p / n type inversion region due to a thermal donor does not occur in a range within a boundary depth set to a depth of 10 to 70 μm from the surface. The p / n type inversion region can be generated at a depth away from the device active region and the depletion layer region formed in contact therewith.

抵抗率が0.1〜10kΩcmとするのは、デバイスの取り扱う周波数が高くなり、ことに2.5GHzを超えるあるいは目標として60GHz程度以上になってくると、従来の10Ωcm以下の低抵抗の基板ではノイズの発生や信号の減衰顕著になるが、高抵抗にするとこれらの影響を低減できるからである。また抵抗率が100Ωcm未満の低抵抗率p型ウェーハでは、ドーパントが十分存在するため、n型の反転は容易には生じない。   When the resistivity is 0.1 to 10 kΩcm, the frequency handled by the device becomes high, especially when it exceeds 2.5 GHz or the target is about 60 GHz or more, the conventional low resistance substrate of 10 Ωcm or less is used. This is because noise generation and signal attenuation become prominent, but these effects can be reduced by increasing the resistance. Further, in a low resistivity p-type wafer having a resistivity of less than 100 Ωcm, n-type inversion does not easily occur because of sufficient dopant.

また、抵抗率が600〜1000Ωcmであるシリコンウェーハとすることで、高比抵抗層の抵抗率が非常に高く非常にノイズの少ない高品質な高周波用ダイオードを作製できるものとなる。   In addition, by using a silicon wafer having a resistivity of 600 to 1000 Ωcm, a high-quality high-frequency diode having a very high resistivity and a very low noise can be produced.

ウェーハを用いたデバイスの製造工程における熱処理にて、サーマルドナーによるn型反転が生じたとき、そのp/n型反転領域はデバイス活性領域およびそれに接して形成される空乏層領域とは離れた深さにあるものとするのは、p/n型反転領域がこれらの領域と接すると、表面部に形成されたデバイスに影響を及ぼし、その特性不良を生じたり、n−well分離が不十分になったりするからである。   When n-type inversion by a thermal donor occurs in the heat treatment in the device manufacturing process using a wafer, the p / n-type inversion region has a depth apart from the device active region and the depletion layer region formed in contact therewith. The reason is that when the p / n type inversion region is in contact with these regions, the device formed on the surface portion is affected, resulting in poor characteristics or insufficient n-well separation. Because it becomes.

このp/n型反転領域は、デバイス活性領域およびそれに接して形成される空乏層領域とは離れた深さに生じさせることが必要である。例えば、p/n型反転領域が境界深度として10〜70μmの範囲である設定値10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μmより浅い位置に生じると、表面部に形成されたデバイスに影響を及ぼすからである。p/n型反転領域が表面から上記の境界深度を超える深さにあることは、言い換えれば、デバイスの製造過程における熱処理にてn型反転が生じたとしても、n型反転した部分は深さ上記の境界深度を超える内部であることを意味している。   This p / n type inversion region needs to be generated at a depth apart from the device active region and the depletion layer region formed in contact therewith. For example, if the p / n type inversion region occurs at a position shallower than the set values 10 μm, 15 μm, 20 μm, 25 μm, 30 μm, 35 μm, 40 μm, 45 μm, 50 μm, 55 μm, 60 μm, and 65 μm as the boundary depth is 10 to 70 μm. This is because the device formed on the surface portion is affected. The p / n-type inversion region is deeper than the above boundary depth from the surface. In other words, even if the n-type inversion occurs in the heat treatment in the device manufacturing process, the n-type inversion portion has a depth. It means that the inside exceeds the boundary depth.

このデバイスの製造工程における熱処理は、例えば、450℃にて1時間加熱する、あるいは650℃30minという、サーマルドナーを最も発生しやすい条件で代表させることができる。また、p/n型反転領域の位置は、図3に示すように、広がり抵抗の測定法にてウェーハの深さ方向の抵抗率分布を計測し、抵抗率が極大になる深さで検出することができる。   The heat treatment in the manufacturing process of this device can be represented by, for example, heating at 450 ° C. for 1 hour or 650 ° C. for 30 minutes under the condition that the thermal donor is most likely to be generated. Further, as shown in FIG. 3, the position of the p / n type inversion region is detected at a depth at which the resistivity is maximized by measuring the resistivity distribution in the depth direction of the wafer by the spreading resistance measurement method. be able to.

ウェーハの酸素濃度は、通常のCZ法にて製造されたシリコン単結晶に含まれてくる範囲であればよく、とくには限定しない。しかし、ウェーハ内部の酸素は、ゲッタリング作用を有するBMDを形成させる酸素析出物となって存在することが望ましく、このような酸素析出物を形成させるための熱処理が施されるのがよい。   The oxygen concentration of the wafer is not particularly limited as long as it is within a range included in a silicon single crystal produced by a normal CZ method. However, it is desirable that the oxygen in the wafer exists as oxygen precipitates that form BMD having a gettering action, and heat treatment for forming such oxygen precipitates is preferably performed.

さらに、窒素は、電気的に中性でゲタリング作用を有する酸素析出物の形成を促進させたり、熱処理により格子間酸素(固溶酸素)が低下してウェーハ強度が低下するときに、強度を維持する効果があるので窒素濃度1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)の範囲で含有させる。この場合、この範囲下限未満では、その効果が十分現れず、多すぎる含有はCZ法の単結晶育成時に多結晶化しやすくなるあるいは、抵抗率や欠陥密度のばらつきが大きくなりすぎるので、この範囲上限以下とするのがよい。 In addition, nitrogen promotes the formation of electrically neutral and gettering oxygen precipitates, and maintains strength when interstitial oxygen (solid solution oxygen) decreases due to heat treatment and wafer strength decreases. Therefore, the nitrogen concentration is in the range of 1.0 × 10 13 to 10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981). In this case, if the amount is less than the lower limit of the range, the effect does not sufficiently appear, and if the content is too large, polycrystallization tends to occur at the time of CZ method single crystal growth, or variation in resistivity and defect density becomes too large. The following is recommended.

さらに、窒素に加えて、炭素は、電気的に中性でゲタリング作用を有する酸素析出物の形成を促進させたり、熱処理により格子間酸素(固溶酸素)が低下してウェーハ強度が低下するときに、強度を維持する効果があるので、0.5×1016〜32×1016atoms/cm(ASTMF123-1981)含有させてもよい。この場合、この範囲下限未満では、その効果が十分現れず、多すぎる含有はCZ法の単結晶育成時に多結晶化しやすくなるので、この範囲上限以下とするのがよい。 Furthermore, in addition to nitrogen, carbon accelerates the formation of electrically neutral and gettering oxygen precipitates, or when heat treatment reduces interstitial oxygen (solid solution oxygen) and reduces wafer strength. Since it has an effect of maintaining the strength, it may be contained in an amount of 0.5 × 10 16 to 32 × 10 16 atoms / cm 3 (ASTMF123-1981). In this case, if the amount is less than the lower limit of the range, the effect is not sufficiently exhibited, and if the content is too large, polycrystallization tends to occur at the time of growing a single crystal by the CZ method.

本発明のシリコンウェーハを製造するには、まず、引き上げ工程として、CZ法により、抵抗率が0.1〜10kΩcm以上、初期格子間酸素濃度が5.0×1017〜20×1017atoms/cm (ASTM F123-1979)、窒素濃度が1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)のp型シリコン単結晶を育成する(単結晶育成工程)。このとき、ルツボの回転数、導入するガスの種類および流量、印加する磁場条件、シリコン融液の温度分布および対流などの引き上げ条件を適宜調整することにより、上述した所望のシリコン単結晶を育成することができる。 In order to manufacture the silicon wafer of the present invention, first, as a pulling process, the resistivity is 0.1 to 10 kΩcm or more and the initial interstitial oxygen concentration is 5.0 × 10 17 to 20 × 10 17 atoms / by CZ method. A p-type silicon single crystal having a cm 3 (ASTM F123-1979) and a nitrogen concentration of 1.0 × 10 13 to 10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981) is grown (single crystal growing step). At this time, the desired silicon single crystal described above is grown by appropriately adjusting the number of revolutions of the crucible, the type and flow rate of the introduced gas, the applied magnetic field conditions, the temperature distribution of the silicon melt and the convection. be able to.

次いで、加工工程として、得られたシリコン単結晶を、ワイヤーソーやスライサーなどの切断装置でスライスし、面取り、ラッピング、エッチング、研磨などの工程を必要に応じて行ないシリコンウェーハとする。   Next, as a processing step, the obtained silicon single crystal is sliced with a cutting device such as a wire saw or a slicer, and steps such as chamfering, lapping, etching, and polishing are performed as necessary to obtain a silicon wafer.

その後、得られたシリコンウェーハに対し、ランプ加熱方式を採用した熱処理炉などを用いて、アルゴン、窒素、あるいはそれらの混合ガス雰囲気中、700℃から1〜2℃/minの昇温速度で1000℃まで昇温し、1000℃で0〜6時間保持する第1の熱処理工程を行ない、冷却することによって本発明のシリコンウェーハが得られる。   Thereafter, the obtained silicon wafer is heated at a rate of temperature increase from 700 ° C. to 1 to 2 ° C./min in an atmosphere of argon, nitrogen, or a mixed gas thereof using a heat treatment furnace employing a lamp heating method. The silicon wafer of the present invention is obtained by performing the first heat treatment step of heating to 1000C and holding at 1000C for 0 to 6 hours and cooling.

上述の第1の熱処理工程は、このシリコンウェーハがデバイスの製造工程における熱処理がおこなわれたとき、表面から10〜70μmの範囲とされる境界深度以内の領域にはサーマルドナー発生によるp/n型反転領域が発生しないように、ウェーハを調整雰囲気中にて1100〜1200℃で1〜5時間の酸素外方拡散熱処理を施すものである。   In the first heat treatment step described above, when this silicon wafer is subjected to the heat treatment in the device manufacturing process, a region within the boundary depth within a range of 10 to 70 μm from the surface is p / n type due to generation of thermal donors. The wafer is subjected to an oxygen outward diffusion heat treatment at 1100 to 1200 ° C. for 1 to 5 hours in a controlled atmosphere so that no inversion region occurs.

この加熱処理は、図3に示すように、酸素の外方拡散を十分におこなわせて、表面層の酸素濃度を低下させ、後のデバイス製造過程にてサーマルドナーが発生し内部がn型半導体に転換したとしても、p/n型反転領域が表面から十分深い位置にあるようにさせるためである。   As shown in FIG. 3, this heat treatment sufficiently diffuses oxygen outward to lower the oxygen concentration of the surface layer, generates thermal donors in the subsequent device manufacturing process, and the inside is an n-type semiconductor. This is because the p / n type inversion region is located at a sufficiently deep position from the surface.

処理雰囲気は、アルゴン、水素、またはこれらの混合ガス、または窒素に少量の酸素を含有した混合ガスを用いた調整雰囲気にする。これらのガスを用いることにより、高温加熱時の酸素外方拡散を促進させ、上記p/n型反転領域を表面から十分深い位置にすることができる。まず、水素、アルゴン、あるいはこれらの混合ガスを用いる場合には、所期の酸素外方拡散効果に加え、ウェーハ表層のCOPを消滅させる効果があり、表面品質に優れたウェーハを得ることができる。   The treatment atmosphere is an adjusted atmosphere using argon, hydrogen, or a mixed gas thereof, or a mixed gas containing a small amount of oxygen in nitrogen. By using these gases, oxygen out-diffusion during high-temperature heating can be promoted, and the p / n type inversion region can be positioned sufficiently deep from the surface. First, in the case of using hydrogen, argon, or a mixed gas thereof, in addition to the desired oxygen outward diffusion effect, there is an effect of eliminating COP on the wafer surface layer, and a wafer with excellent surface quality can be obtained. .

窒素は、アルゴンおよび水素に比べて安価でありコスト的に有利であるが、窒素雰囲気中で処理すると、酸素外方拡散できるものの、ウェーハ表面に窒化膜が形成され、窒化膜を除去する工程が新たに必要となる。このため、調整雰囲気としては、窒素ガスに3%程度の酸素を含有させたものを使用することが望ましい。しかし、窒素を用いた雰囲気ではウェーハ表層のCOPを消滅する効果がないことに留意する必要がある。   Nitrogen is cheaper and more cost-effective than argon and hydrogen, but if it is treated in a nitrogen atmosphere, oxygen can diffuse outward, but a nitride film is formed on the wafer surface, and the process of removing the nitride film Newly needed. For this reason, it is desirable to use a nitrogen atmosphere containing about 3% oxygen as the adjustment atmosphere. However, it should be noted that there is no effect of eliminating the COP on the wafer surface layer in an atmosphere using nitrogen.

熱処理の加熱温度および時間は、1100〜1250℃で1〜5時間とする。これは、1100℃を下回る温度では酸素外方拡散そのものが起こり難く、効果が小さくなり、1250℃を超える温度ではウェーハにスリップ転位が発生し易くなると同時に、熱処理炉への負担が大きく炉内構造部品の寿命低下をきたすからである。また、熱処理が1時間未満の時間では、p/n型反転領域の深さを表面から境界深度以上の深さとすることができなくなるからであり、5時間を超える時間の加熱を行っても、酸素外方拡散の効果が飽和することによる。   The heating temperature and time of the heat treatment are 1100 to 1250 ° C. and 1 to 5 hours. This is because oxygen out-diffusion itself is less likely to occur at temperatures below 1100 ° C., and the effect is small. At temperatures above 1250 ° C., slip dislocation is likely to occur in the wafer, and at the same time, the burden on the heat treatment furnace is large. This is because the life of the parts is reduced. In addition, when the heat treatment is performed for less than 1 hour, the depth of the p / n type inversion region cannot be increased from the surface to the boundary depth or more. Even when heating for more than 5 hours is performed, This is because the effect of oxygen out-diffusion is saturated.

本発明のウェーハでは、p/n型反転領域の深さをデバイス活性領域およびそれに接して形成される空乏層領域とは離れた深さ、例えば、表面から境界深度以上の深さとした上で、ウェーハ内部にゲタリング作用のある酸素析出物によるBMDを十分形成させるとともに、ウェーハ内部での残存酸素が低下し高抵抗化を図るために、さらに酸素析出熱処理を施すのがよい。   In the wafer of the present invention, the depth of the p / n type inversion region is set to a depth away from the device active region and the depletion layer region formed in contact with the device active region, for example, a depth greater than the boundary depth from the surface, In order to sufficiently form BMD by oxygen precipitates having a gettering action inside the wafer and to reduce the residual oxygen inside the wafer and to increase the resistance, it is preferable to further perform oxygen precipitation heat treatment.

この酸素析出処理としては、上述の酸素外方拡散の熱処理の後、第1の熱処理工程後のシリコンウェーハを、第1の熱処理工程と同様のランプ加熱方式を採用した熱処理炉などを用いて1200℃まで昇温し、アルゴン、水素、あるいはそれらの混合ガス雰囲気中、1200℃、1〜2時間保持する第2の熱処理工程を行ない、冷却することによって本発明のシリコンウェーハが得られる。また、第2の熱処理としては、酸素析出のための核を形成させるため600〜800℃で1〜20時間の酸素析出核形成熱処理をおこない、次いで1000〜1100℃にて、1〜20時間のBMD形成を目的とした酸素析出物成長熱処理をおこなうことができる。   As this oxygen precipitation treatment, after the heat treatment for oxygen out-diffusion described above, the silicon wafer after the first heat treatment step is 1200 using a heat treatment furnace or the like employing a lamp heating method similar to the first heat treatment step. The silicon wafer of the present invention is obtained by raising the temperature to 0 ° C., performing a second heat treatment step of holding at 1200 ° C. for 1 to 2 hours in an atmosphere of argon, hydrogen, or a mixed gas thereof, and cooling. In addition, as the second heat treatment, in order to form nuclei for oxygen precipitation, oxygen precipitation nucleation heat treatment is performed at 600 to 800 ° C. for 1 to 20 hours, and then at 1000 to 1100 ° C. for 1 to 20 hours. An oxygen precipitate growth heat treatment for the purpose of BMD formation can be performed.

これらの熱処理は加熱温度および加熱時間に依存し、使用する雰囲気条件に依存しないことから、アルゴン、水素、またはこれらの混合ガス、または窒素等いずれも使用することができる。前述の通り、コスト的に有利なことから、窒素ガスに3%程度の酸素を含有させた雰囲気にするのが望ましい。   Since these heat treatments depend on the heating temperature and the heating time and do not depend on the atmospheric conditions to be used, argon, hydrogen, a mixed gas thereof, nitrogen, or the like can be used. As described above, since it is advantageous in terms of cost, it is desirable to make the atmosphere contain about 3% oxygen in nitrogen gas.

酸素析出核形成熱処理において、加熱温度を600〜800℃とするのは、この範囲を外れると酸素析出核の形成そのものが起こり難くなり、効果が制限されるためである。また、加熱時間を1〜20時間とするのは、1時間未満では効果が十分でなく、20時間を超える加熱は、さらに時間を長くしても効果の大きな改善は見られず、無駄になるからである。   The reason why the heating temperature is set to 600 to 800 ° C. in the heat treatment for forming oxygen precipitation nuclei is that the formation of oxygen precipitation nuclei hardly occurs when the temperature is out of this range, and the effect is limited. In addition, the heating time of 1 to 20 hours is not sufficient if the heating time is less than 1 hour, and heating exceeding 20 hours does not show a significant improvement even if the time is further increased, and is wasted. Because.

また、この熱処理は、シリコンウェーハを、アルゴン、窒素、あるいはそれらの混合ガス雰囲気(非酸化性雰囲気)中、700℃から1〜2℃/minの昇温速度で1000℃まで昇温し、1000℃で0〜6時間保持する熱処理工程とすることができ、これにより、短い熱処理時間で、さらにニュードナーなどの酸素ドナーをより効果的に抑制できる。   In this heat treatment, the temperature of the silicon wafer is increased from 700 ° C. to 1000 ° C. at a temperature increase rate of 1 to 2 ° C./min in an atmosphere of argon, nitrogen, or a mixed gas thereof (non-oxidizing atmosphere). It can be set as the heat processing process hold | maintained at 0 degreeC for 0 to 6 hours, and, thereby, oxygen donors, such as a new donor, can be suppressed more effectively by short heat processing time.

核形成のための熱処理の後、1000〜1100℃にて、1〜20時間の酸素析出物成長熱処理をおこなう。酸素析出物成長熱処理において、加熱温度を1000〜1100℃にするのは、1000℃未満では酸素析出物の成長促進が行われず、1100℃を超える温度では、酸素析出物の成長が進まないばかりでなく、できた析出物が再固溶により減少することもあるからである。加熱時間を1〜20時間とするのは、1時間未満では酸素析出物の成長が十分でなく、20時間を超える加熱は、さらに時間を長くしても効果が飽和するからである。   After heat treatment for nucleation, oxygen precipitate growth heat treatment is performed at 1000 to 1100 ° C. for 1 to 20 hours. In the heat treatment for growing oxygen precipitates, the heating temperature is set to 1000 to 1100 ° C. The growth of oxygen precipitates is not promoted at temperatures lower than 1000 ° C., and the growth of oxygen precipitates does not progress at temperatures exceeding 1100 ° C. This is because the formed precipitate may be reduced by re-dissolution. The reason for setting the heating time to 1 to 20 hours is that the growth of oxygen precipitates is not sufficient if the heating time is less than 1 hour, and the effect of saturation for heating exceeding 20 hours is saturated even if the time is further increased.

上述の通り、本発明の製造方法では、サーマルドナーに起因するp/n型反転領域が発生しても、CMOSが動作不良やn−well分離不良をなくすため、p/n型反転領域をデバイス活性領域および空乏層領域には接しない深さに発生させることにしている。   As described above, in the manufacturing method of the present invention, even if the p / n type inversion region caused by the thermal donor occurs, the CMOS eliminates the operation failure and the n-well separation failure. The depth is not in contact with the active region and the depletion layer region.

このため、酸素外方拡散熱処理を施した後、必要に応じて、酸素析出核形成熱処理および酸素析出物成長熱処理を施している。これらの処理条件として、酸素外方拡散熱処理では1100〜1250℃で1〜5時間、酸素析出核形成熱処理では600〜800℃で1〜20時間、さらに酸素析出物成長熱処理では1000〜1100℃で1〜20時間と例示されている。   For this reason, after performing the oxygen outward diffusion heat treatment, an oxygen precipitate nucleation heat treatment and an oxygen precipitate growth heat treatment are performed as necessary. These treatment conditions include 1 to 1250 hours at 1100 to 1250 ° C. for oxygen outward diffusion heat treatment, 1 to 20 hours at 600 to 800 ° C. for oxygen precipitation nucleation heat treatment, and 1000 to 1100 ° C. for oxygen precipitate growth heat treatment. Illustrated as 1 to 20 hours.

ところが、具体的な処理条件は、デバイス製造条件によって要求される、ウェーハ抵抗値、高抵抗層の深さ、および酸素濃度等に基づいて決定される。したがって、p/n型反転領域をデバイス活性領域や空乏層領域に接しない深さ位置に発生させるためには、次の手順で初期酸素濃度を決定し、それを前提として具体的な熱処理条件が決定される。   However, specific processing conditions are determined based on the wafer resistance value, the depth of the high resistance layer, the oxygen concentration, and the like required by the device manufacturing conditions. Therefore, in order to generate the p / n type inversion region at a depth position not in contact with the device active region or the depletion layer region, the initial oxygen concentration is determined by the following procedure, and specific heat treatment conditions are determined based on that. It is determined.

図13は、デバイス製造工程における熱処理条件をパラメータとしたウェーハ中の残存酸素量と生成されるサーマルドナー密度との関係を模式的に示す図である。まず、マスターテーブルとして、図11または図12に示すような、デバイス製造工程における熱処理毎のウェーハ残存酸素量−サーマルドナー生成量の関係を整備する。このとき、デバイス製造工程における熱処理条件としては、例えば、加熱温度400〜500℃で加熱時間1〜12時間の範囲内のものを用いればよい。   FIG. 13 is a diagram schematically showing the relationship between the amount of residual oxygen in the wafer and the density of the generated thermal donor, using the heat treatment conditions in the device manufacturing process as parameters. First, as a master table, as shown in FIG. 11 or FIG. 12, the relationship between the amount of residual oxygen in the wafer and the amount of thermal donor generated for each heat treatment in the device manufacturing process is prepared. At this time, as heat treatment conditions in the device manufacturing process, for example, a heating temperature of 400 to 500 ° C. and a heating time of 1 to 12 hours may be used.

次に、デバイス製造工程における熱処理条件(熱処理シーケンス)に基づいて、マスターテーブルから、各残存酸素濃度から生成されるサーマルドナー密度を算出する。一方、デバイスの製造仕様から定まるウェーハ抵抗値および高抵抗層の深さから、許容できるサーマルドナー生成量を計算する。   Next, based on the heat treatment conditions (heat treatment sequence) in the device manufacturing process, the thermal donor density generated from each residual oxygen concentration is calculated from the master table. On the other hand, an allowable thermal donor generation amount is calculated from the wafer resistance value determined from the device manufacturing specifications and the depth of the high resistance layer.

得られたサーマルドナーの許容範囲の量から、目標(ターゲット)となるウェーハ深さ位置における残存酸素濃度を決定する。決定された残存酸素濃度を確保するため、p型の単結晶から得られたウェーハの初期酸素濃度を決定し、それを前提として酸素析出熱処理シミュレータを用い、酸素外方拡散熱処理、および必要に応じて具体的な熱処理条件を決定する。   The residual oxygen concentration at the wafer depth position as the target (target) is determined from the amount of the allowable range of the thermal donor obtained. In order to secure the determined residual oxygen concentration, the initial oxygen concentration of the wafer obtained from the p-type single crystal is determined, and based on this assumption, an oxygen precipitation heat treatment simulator is used, an oxygen outward diffusion heat treatment, and if necessary Specific heat treatment conditions are determined.

さらに、本発明の製造方法では、p/n型反転領域をデバイス活性領域および空乏層領域には接しない深さに発生させるとともに、酸素外方拡散熱処理を施した後、必要に応じて、酸素析出核形成熱処理および酸素析出物成長熱処理を施すことによって、内部の酸素析出物をより一層確実にして、サーマルドナーの発生を低減するものである。   Furthermore, in the manufacturing method of the present invention, the p / n type inversion region is generated at a depth not in contact with the device active region and the depletion layer region, and after performing oxygen outward diffusion heat treatment, By performing the precipitation nucleation heat treatment and the oxygen precipitate growth heat treatment, the internal oxygen precipitates are further ensured and the generation of thermal donors is reduced.

通常、酸素ドナーの発生が懸念されるデバイス製造熱処理工程は、配線シンタリング工程であり、一般的なシンタリング工程の熱処理条件は400℃、1時間あるいは450℃、5時間であり、このようなデバイス工程における熱処理でも、サーマルドナーの発生を低減するものである。   Usually, the device manufacturing heat treatment process in which generation of oxygen donor is concerned is a wiring sintering process, and the heat treatment conditions of a general sintering process are 400 ° C., 1 hour or 450 ° C., 5 hours. Even in the heat treatment in the device process, the generation of thermal donors is reduced.

このため、本発明の高抵抗シリコンウェーハにおいては、p型ウェーハを用いた場合にp/n型反転領域でn型反転するのみでなく、内部の酸素析出の促進によって再びp型反転する形態も発生し得るものである。   For this reason, in the high resistance silicon wafer of the present invention, when a p-type wafer is used, not only the n-type inversion in the p / n-type inversion region but also the p-type inversion is again caused by the promotion of internal oxygen precipitation. Can occur.

本発明によれば、デバイス熱処理工程での酸素ドナーの発生を効果的に抑制でき、シリコンウェーハ内における酸素析出起因欠陥を所望の状態に制御することが可能となるので、十分な機械的強度を有するとともに、酸素析出物自身がスリップ転位源となることを防止し、シリコンウェーハ内の酸素析出起因欠陥を高周波用ダイオードのP型領域とN型領域との間に配置される高比抵抗層における再結合中心として用いることができ、ライフタイム制御のための再結合中心(Au,Pt等による再結合中心、あるいは、電子線照射欠陥による再結合中心等)形成処理を必要とせずに処理工程数を減少し、充分なゲッタリング能力を有し、デバイス製造熱処理によっても抵抗率が所望の範囲から変化せず、処理時間を短縮して製造コストを低減し、高品質で安価で高比抵抗層の抵抗率が十分に高くノイズの少ない高周波用ダイオードの作製に好適なシリコンウェーハを提供できる。   According to the present invention, it is possible to effectively suppress the generation of oxygen donors in the device heat treatment process, and it is possible to control oxygen precipitation-induced defects in the silicon wafer to a desired state, so that sufficient mechanical strength can be obtained. In the high resistivity layer in which the oxygen precipitate itself is prevented from becoming a slip dislocation source, and oxygen precipitation-induced defects in the silicon wafer are disposed between the P-type region and the N-type region of the high-frequency diode. It can be used as a recombination center, and the number of processing steps is not required for forming a recombination center (recombination center by Au, Pt, etc., or recombination center by electron beam irradiation defect) for lifetime control. Has sufficient gettering capability, and the resistivity does not change from the desired range even with device manufacturing heat treatment, shortening processing time and reducing manufacturing cost It can provide a suitable silicon wafer for the production of small high-frequency diode resistivity sufficiently high noise inexpensive high-resistivity layer with high quality.

以下、本発明に係るシリコンウェーハの他の実施形態を、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, other embodiments of the silicon wafer according to the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明のシリコンウェーハは、p/n型型反転領域が発生せず、ウェーハ厚さ全域において抵抗分布が、0.1〜10kΩcmの範囲に設定される基準値に対し、そのバラツキが、0〜30%以内に設定されるp型領域を有するシリコンウェーハであって、ウェーハ表面抵抗値が0.1〜10kΩcmとなるp型ドーパント濃度、窒素濃度;1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)、酸素濃度Oiが5.0×1017〜20×1017atoms/cm (ASTM F123-1979)としてCZ法により単結晶を引き上げられた単結晶からスライスされ、非酸化性雰囲気による酸素外方拡散熱処理工程と酸素析出核形成熱処理工程および/または酸素析出物形成熱処理工程と、を経ることで、図4に示すように、ウェーハ表面側のp型領域と、このp型領域より深い部分が、このp型領域の抵抗値とほぼ等しい抵抗値を有する領域か、このp型領域の抵抗値よりも高抵抗な領域と、を有するものである。つまり、ウェーハ深度方向に、表面p型領域の設定抵抗値よりも低抵抗な領域が存在しないウェーハである。 In the silicon wafer of the present invention, no p / n type inversion region is generated, and the resistance distribution over the entire thickness of the wafer is 0 to 10 kΩcm. A silicon wafer having a p-type region set within 30% and having a wafer surface resistance value of 0.1 to 10 kΩcm, a p-type dopant concentration and a nitrogen concentration; 1.0 × 10 13 to 10 × 10 13 atoms / Cm 3 (ASTM F123-1981), and the oxygen concentration Oi was sliced from a single crystal pulled up by a CZ method as 5.0 × 10 17 to 20 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM F123-1979). As shown in FIG. 4, the wafer is subjected to an oxygen outward diffusion heat treatment step, an oxygen precipitation nucleation heat treatment step and / or an oxygen precipitate formation heat treatment step in a non-oxidizing atmosphere. A p-type region on the surface side, and a region where a portion deeper than the p-type region has a resistance value approximately equal to the resistance value of the p-type region, or a region having a higher resistance than the resistance value of the p-type region, It is what you have. That is, the wafer does not have a region having a lower resistance than the set resistance value of the surface p-type region in the wafer depth direction.

このように、本実施形態においては、酸素外方拡散熱処理工程に加えて、たとえば1000℃1時間もしくはこれと相等しい熱効果を有する熱処理を加えることによって、炭素ドープウェーハで生じていた表面p型領域の設定抵抗値よりも低抵抗となるp/n型反転領域が存在しないウェーハを実現することができる。
これにより、ゲッタリング能力、ウェーハの機械的強度が高く、ライフタイム制御可能で収率が高く低コストな高周波用ダイオードを製造可能な高抵抗率のシリコンウェーハおよびその製造方法を提供することができる。
Thus, in this embodiment, in addition to the oxygen outward diffusion heat treatment step, the surface p-type generated in the carbon-doped wafer by applying a heat treatment having a thermal effect equal to or equivalent to 1000 ° C. for 1 hour, for example. It is possible to realize a wafer in which no p / n type inversion region having a resistance lower than the set resistance value of the region is present.
As a result, it is possible to provide a silicon wafer with high resistivity capable of manufacturing a high-frequency diode with high gettering capability, high mechanical strength of the wafer, lifetime controllable, high yield and low cost, and a manufacturing method thereof. .

次に、本発明のシリコンウェーハを適用する高周波用ダイオードについて説明する。
図14は、本発明のシリコンウェーハから製造される高周波用ダイオードの一例を説明するための概略断面図である。図14(a)に示す高周波用ダイオードは、PINダイオードであり、本発明のシリコンウェーハに、P型領域12と、N型領域11と、P型領域12とN型領域11との間に配置された高比抵抗層(I層)13とを形成したものである。
Next, a high frequency diode to which the silicon wafer of the present invention is applied will be described.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a high-frequency diode manufactured from the silicon wafer of the present invention. The high-frequency diode shown in FIG. 14A is a PIN diode, and is disposed on the silicon wafer of the present invention between the P-type region 12, the N-type region 11, and the P-type region 12 and the N-type region 11. The high specific resistance layer (I layer) 13 is formed.

図14(a)に示す高周波用ダイオードは、以下のようにして製造することができる。
まず、本発明のシリコンウェーハを用意し、表面から2μm程度の位置に1×1018atoms/cm程度の濃度でボロン(B)を拡散する。ここでのボロンの拡散は、1000℃程度の温度での熱拡散法やイオン注入法などにより行なうことができる。
次いで、ボロンが拡散されたシリコンウェーハの裏面に、裏面から2μm程度の位置に1×1018atoms/cm程度の濃度でリン(P)を拡散する。ここでのリンの拡散は、850℃程度の温度での熱拡散法やイオン注入法などにより行なうことができる。
続いて、シリコンウェーハの表面に電子ビーム蒸着によりAu電極を形成し、シリコンウェーハの裏面に電子ビーム蒸着によりのAl電極を形成する。その後、シリコンウェーハからダイオードを切り出して、メサエッチングを行い、メサエッチング後のエッチング面にシリコン樹脂を塗布する(端面のパッシベーション処理)。
The high-frequency diode shown in FIG. 14A can be manufactured as follows.
First, a silicon wafer of the present invention is prepared, and boron (B) is diffused at a concentration of about 1 × 10 18 atoms / cm 3 at a position of about 2 μm from the surface. Here, boron can be diffused by a thermal diffusion method or an ion implantation method at a temperature of about 1000 ° C.
Next, phosphorus (P) is diffused at a concentration of about 1 × 10 18 atoms / cm 3 at a position of about 2 μm from the back surface of the silicon wafer on which boron is diffused. Here, phosphorus can be diffused by a thermal diffusion method or an ion implantation method at a temperature of about 850 ° C.
Subsequently, an Au electrode is formed on the surface of the silicon wafer by electron beam evaporation, and an Al electrode is formed on the back surface of the silicon wafer by electron beam evaporation. Thereafter, a diode is cut out from the silicon wafer, mesa etching is performed, and silicon resin is applied to the etched surface after the mesa etching (passivation processing of the end surface).

図14(b)は、本発明のシリコンウェーハから製造される高周波用ダイオードの他の例を説明するための概略断面図である。
図に示す高周波用ダイオードは、インパットダイオードであり、上記のシリコンウェーハに、p+層22と、n+層21と、高比抵抗層(I層)23と、p+層22と高比抵抗層(I層)23との間に配置されたn層24を形成したものである。インパットダイオードは、負性抵抗を用いた発進素子である。インパットダイオードでは、半導体中でのインパクトイオン化により生成されたキャリアを飽和ドリフト速度で移動させる。このとき、生成されたキャリアによる電流の位相と印加電圧との間にπ/2の位相差が現れ、実効的な抵抗成分が負、すなわち負性抵抗が現れる。
図14(b)に示す高周波用ダイオードは、上記のPINダイオードと同様の手法によりp+層22と、n+層21と、高比抵抗層(I層)23と、n層24とをシリコンウェーハに形成して製造することができる。
FIG. 14B is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the high-frequency diode manufactured from the silicon wafer of the present invention.
The high-frequency diode shown in the figure is an imput diode, and the p + layer 22, the n + layer 21, the high resistivity layer (I layer) 23, the p + layer 22 and the high resistivity layer ( The n layer 24 disposed between the I layer 23 and the I layer 23 is formed. The impatt diode is a starting element using a negative resistance. In an impat diode, carriers generated by impact ionization in a semiconductor are moved at a saturation drift velocity. At this time, a phase difference of π / 2 appears between the phase of the current generated by the carriers and the applied voltage, and the effective resistance component is negative, that is, a negative resistance appears.
The high-frequency diode shown in FIG. 14B has a p + layer 22, an n + layer 21, a high specific resistance layer (I layer) 23, and an n layer 24 formed on a silicon wafer in the same manner as the above PIN diode. It can be formed and manufactured.

図14(c)は、本発明のシリコンウェーハから製造される高周波用ダイオードの他の例を説明するための概略断面図である。
図14(c)に示す高周波用ダイオードは、インパットダイオードであり、上記のシリコンウェーハに、p+層31と、n+層32と、高比抵抗層(I層)33と、p+層32と高比抵抗層(I層)33との間に配置されたp層34を形成したものである。
図14(c)に示す高周波用ダイオードは、上記のPINダイオードと同様の手法によりp+層31と、n+層32と、高比抵抗層(I層)33と、p層34とをシリコンウェーハに形成して製造することができる。
FIG. 14C is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the high-frequency diode manufactured from the silicon wafer of the present invention.
The high-frequency diode shown in FIG. 14 (c) is an imput diode, and a p + layer 31, an n + layer 32, a high resistivity layer (I layer) 33, a p + layer 32, A p layer 34 disposed between the specific resistance layer (I layer) 33 and the specific resistance layer 33 is formed.
The high-frequency diode shown in FIG. 14 (c) has a p + layer 31, an n + layer 32, a high resistivity layer (I layer) 33, and a p layer 34 formed on a silicon wafer in the same manner as the above PIN diode. It can be formed and manufactured.

本発明の実施例とするために、ボロンをドープしてCZ法にて引き上げたシリコン単結晶から異なる窒素濃度を有する部分を、それぞれ(Top)(Tail )とするインゴットとして切り出して、この異なるインゴットからスライスして作製したウェーハをそれぞれ複数枚用意した。この酸素濃度、抵抗率、窒素濃度を表1に示す。また、比較のため、炭素を表1に記載される濃度でドープしたものも用意した。ここで、酸素濃度、抵抗値、窒素濃度は、ウェーハを切り出したそれぞれのインゴット中の上限値と下限値とを示している。   In order to obtain an embodiment of the present invention, portions having different nitrogen concentrations from silicon single crystals doped with boron and pulled up by the CZ method are cut out as ingots (Top) and (Tail), respectively. A plurality of wafers prepared by slicing from each were prepared. Table 1 shows the oxygen concentration, resistivity, and nitrogen concentration. For comparison, carbon doped with the concentrations shown in Table 1 was also prepared. Here, the oxygen concentration, the resistance value, and the nitrogen concentration indicate an upper limit value and a lower limit value in each ingot cut out of the wafer.

Figure 2010205936
Figure 2010205936

これらのウェーハに、AN1として、1200℃1hrの熱処理をおこなった後、深さ方向の抵抗率分布を広がり抵抗測定により求めた。その結果を図3に示す。
この結果から、炭素をドープしたC-dope、窒素濃度が低いN(Top)-dope、窒素濃度の高いN(Tail)-dopeの順に、p/n型反転境界となる抵抗値のピークが、深さ方向30μm、38μm、45μmとなり、順に深くなっていることがわかる。
These wafers were subjected to heat treatment at 1200 ° C. for 1 hr as AN1, and then the resistivity distribution in the depth direction was spread and determined by resistance measurement. The result is shown in FIG.
From this result, C-dope doped with carbon, N (Top) -dope with a low nitrogen concentration, N (Tail) -dope with a high nitrogen concentration in this order, the peak of the resistance value that becomes the p / n type inversion boundary, It can be seen that the depth directions are 30 μm, 38 μm, and 45 μm, and are deeper in order.

さらに、これらのウェーハに、AN2として、1200℃1hr+1000℃6hrの熱処理をおこなった後、深さ方向の抵抗率分布を広がり抵抗測定により求めた。その結果を図4に示す。
この結果から、炭素をドープしたC-dopeでは、抵抗値ピークが20μmにあるが、窒素ドープしたものでは、表層のp型領域に比べて、抵抗値が低減する領域が付加さ方向には存在していないことがわかる。
Further, these wafers were subjected to heat treatment at 1200 ° C. for 1 hour + 1000 ° C. for 6 hours as AN2, and then the resistivity distribution in the depth direction was spread and obtained by resistance measurement. The result is shown in FIG.
From this result, the carbon-doped C-dope has a resistance peak at 20 μm, but the nitrogen-doped one has a region where the resistance value is reduced compared to the p-type region of the surface layer. You can see that they are not.

さらに、これらのウェーハに、AN1として、1200℃1hrの熱処理をおこなった後、650℃30minの熱処理をおこない、深さ方向の抵抗率分布を広がり抵抗測定により求めた。その結果を図5に示す。
この結果から、炭素をドープしたC-dope、窒素濃度が低いN(Top)-dope、窒素濃度の高いN(Tail)-dopeのいずれも、層のp型領域の抵抗値とほぼ同一の抵抗値が付加さ方向で形成され、抵抗値が低減する領域が付加さ方向には存在していないことがわかる。
Further, these wafers were heat-treated at 1200 ° C. for 1 hr as AN1, and then heat-treated at 650 ° C. for 30 minutes, and the resistivity distribution in the depth direction was spread and resistance measurement was performed. The result is shown in FIG.
From this result, the resistance of the carbon-doped C-dope, the low nitrogen concentration N (Top) -dope, and the high nitrogen concentration N (Tail) -dope are almost the same as the resistance value of the p-type region of the layer. It can be seen that there is no region where the value is formed in the added direction and the resistance value is reduced in the added direction.

さらに、これらのウェーハに、AN2として、1200℃1hr+1000℃6hrの熱処理をおこなった後、650℃30minの熱処理をおこない、深さ方向の抵抗率分布を広がり抵抗測定により求めた。その結果を図6に示す。
この結果から、炭素をドープしたC-dope、窒素濃度が低いN(Top)-dope、窒素濃度の高いN(Tail)-dopeのいずれも、層のp型領域の抵抗値とほぼ同一の抵抗値が付加さ方向で形成され、抵抗値が低減する領域が付加さ方向には存在していないことがわかる。
Further, these wafers were heat treated at 1200 ° C. for 1 hr + 1000 ° C. for 6 hours as AN2, and then heat treated at 650 ° C. for 30 minutes, and the resistivity distribution in the depth direction was spread and resistance measurement was performed. The result is shown in FIG.
From this result, the resistance of the carbon-doped C-dope, the low nitrogen concentration N (Top) -dope, and the high nitrogen concentration N (Tail) -dope are almost the same as the resistance value of the p-type region of the layer. It can be seen that there is no region where the value is formed in the added direction and the resistance value is reduced in the added direction.

さらに、これらのウェーハに、AN1として、1200℃1hrの熱処理をおこなった後、650℃30min+400℃1hrの熱処理をおこない、深さ方向の抵抗率分布を広がり抵抗測定により求めた。その結果を図7に示す。
この結果から、炭素をドープしたC-dope、窒素濃度が低いN(Top)-dope、窒素濃度の高いN(Tail)-dopeの順に、p/n型反転境界となる抵抗値のピークが、深さ方向20μm、30μm、31μmとなり、順に深くなっていることがわかる。また、炭素をドープしたC-dopeに比べて、窒素濃度が低いN(Top)-dope、窒素濃度の高いN(Tail)-dopeともに、深深度部分での抵抗値の低下が軽減されていることがわかる。
Further, these wafers were heat-treated at 1200 ° C. for 1 hr as AN1, and then heat-treated at 650 ° C. for 30 min + 400 ° C. for 1 hr, and the resistivity distribution in the depth direction was spread to determine the resistance. The result is shown in FIG.
From this result, C-dope doped with carbon, N (Top) -dope with a low nitrogen concentration, N (Tail) -dope with a high nitrogen concentration, in order of resistance peak that becomes a p / n type inversion boundary, It can be seen that the depth direction becomes 20 μm, 30 μm, and 31 μm, and the depth increases in order. Also, compared to carbon-doped C-dope, both N (Top) -dope with a low nitrogen concentration and N (Tail) -dope with a high nitrogen concentration reduce the decrease in resistance at deeper depths. I understand that.

さらに、これらのウェーハに、AN2として、1200℃1hr+1000℃6hrの熱処理をおこなった後、650℃30min+400℃1hrの熱処理をおこない、深さ方向の抵抗率分布を広がり抵抗測定により求めた。その結果を図8に示す。
この結果から、炭素をドープしたC-dopeでは、抵抗値ピークが20μmにあるが、窒素ドープしたものでは、表層のp型領域に比べて、抵抗値が低減する領域が付加さ方向には存在していないことがわかる。
Further, these wafers were heat-treated at 1200 ° C. for 1 hr + 1000 ° C. for 6 hr as AN2, and then heat-treated at 650 ° C. for 30 min + 400 ° C. for 1 hr, and the resistivity distribution in the depth direction was spread to obtain the resistance measurement. The result is shown in FIG.
From this result, the carbon-doped C-dope has a resistance peak at 20 μm, but the nitrogen-doped one has a region where the resistance value is reduced compared to the p-type region of the surface layer. You can see that they are not.

次に、上記の炭素をドープしたC-dope、窒素濃度が低いN(Top)-dope、窒素濃度の高いN(Tail)-dopeにおいて、AN1として、1200℃1hrの熱処理後、及び、AN2として、1200℃1hr+1000℃6hrの熱処理後の残存酸素濃度を測定した。その結果を図9に示す。酸素濃度の測定は、赤外吸収測定(FT-IR)によっておこなった。
この結果から、炭素をドープしたC-dopeに比べて、窒素をドープしたものでは、熱処理時間が長くなったAN2においては、残存酸素濃度がより低減していることがわかる。
Next, in C-dope doped with carbon, N (Top) -dope with low nitrogen concentration, and N (Tail) -dope with high nitrogen concentration, as AN1, after heat treatment at 1200 ° C. for 1 hr, and as AN2 The residual oxygen concentration after heat treatment at 1200 ° C. for 1 hr + 1000 ° C. for 6 hr was measured. The result is shown in FIG. The oxygen concentration was measured by infrared absorption measurement (FT-IR).
From this result, it can be seen that the residual oxygen concentration is further reduced in AN2 in which the heat treatment time is longer in the case where nitrogen is doped as compared with C-dope doped with carbon.

同様に、上記の炭素をドープしたC-dope、窒素濃度が低いN(Top)-dope、窒素濃度の高いN(Tail)-dopeにおいて、AN1として、1200℃1hrの熱処理後、及び、AN2として、1200℃1hr+1000℃6hrの熱処理後に、さらに780℃3hr+1000℃16hrの熱処理を加えた後、発生したBMD密度を測定した。その結果を図10に示す。この測定は、ライトエッチ後の断面光学顕微鏡観察によっておこなった。
この結果から、炭素をドープしたC-dopeに比べて、窒素をドープしたものでは、熱処理時間が長くなったAN2においては、BMD密度がより増加していることがわかる。
Similarly, in C-dope doped with carbon, N (Top) -dope with low nitrogen concentration, and N (Tail) -dope with high nitrogen concentration, as AN1, after heat treatment at 1200 ° C. for 1 hr, and as AN2 After heat treatment at 1200 ° C. for 1 hr + 1000 ° C. for 6 hr and further heat treatment at 780 ° C. for 3 hr + 1000 ° C. for 16 hr, the generated BMD density was measured. The result is shown in FIG. This measurement was performed by observation with a cross-sectional optical microscope after light etching.
From this result, it can be seen that the BMD density is higher in AN2 in which the heat treatment time is longer in the case where nitrogen is doped as compared with C-dope doped with carbon.

11:N型領域、12:P型領域、13、23、33:高比抵抗層(I層)、24:
n層、21、32:n+層、22、31:p+層、34:p
11: N type region, 12: P type region, 13, 23, 33: High specific resistance layer (I layer), 24:
n layer, 21, 32: n + layer, 22, 31: p + layer, 34: p

Claims (14)

p/n型反転領域が発生する表面からの深度範囲を調節するシリコンウェーハの製造方法であって、
ウェーハ表面抵抗値が0.1〜10kΩcmとなるp型ドーパント濃度、窒素濃度;1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)、酸素濃度Oiが5.0×1017〜20×1017atoms/cm (ASTM F123-1979)としてCZ法により単結晶を引き上げる引き上げ工程と、この単結晶からスライスしてウェーハに加工する加工工程と、非酸化性雰囲気による酸素外方拡散熱処理工程と、を有し、
ウェーハ表面側のp型領域と厚さ方向内側のp/n型領域との境界となる抵抗値のピーク位置が、前記窒素濃度によってウェーハ表面からの境界深度10〜70μmの範囲に設定されるよう調節することを特徴とする高抵抗シリコンウェーハの製造方法。
A silicon wafer manufacturing method for adjusting a depth range from a surface where a p / n type inversion region is generated,
The p-type dopant concentration and nitrogen concentration at which the wafer surface resistance value is 0.1 to 10 kΩcm; 1.0 × 10 13 to 10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981), and the oxygen concentration Oi is 5.0 ×. 10 17 to 20 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM F123-1979), a pulling process for pulling a single crystal by a CZ method, a processing process for slicing the single crystal into a wafer, and oxygen in a non-oxidizing atmosphere An outward diffusion heat treatment step,
The peak position of the resistance value that becomes the boundary between the p-type region on the wafer surface side and the p / n-type region on the inner side in the thickness direction is set to a boundary depth of 10 to 70 μm from the wafer surface by the nitrogen concentration. A method of manufacturing a high-resistance silicon wafer, characterized by adjusting.
前記酸素外方拡散熱処理工程後に、酸素析出核形成熱処理工程および/または酸素析出物形成熱処理工程と、を有することを特徴とする請求項1記載の高抵抗シリコンウェーハの製造方法。   The method for producing a high resistance silicon wafer according to claim 1, further comprising an oxygen precipitation nucleation heat treatment step and / or an oxygen precipitate formation heat treatment step after the oxygen outward diffusion heat treatment step. p/n型反転領域が発生せず、ウェーハ厚さ全域において抵抗分布が、0.1〜10kΩcmの範囲に設定される基準値に対し、そのバラツキが、0〜30%以内に設定されるp型領域を有するシリコンウェーハの製造方法であって、
ウェーハ表面抵抗値が0.1〜10kΩcmとなるp型ドーパント濃度、窒素濃度;1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)、酸素濃度Oiが5×1017〜20×1017atoms/cm (ASTM F123-1979)としてCZ法により単結晶を引き上げる引き上げ工程と、この単結晶からスライスしてウェーハに加工する加工工程と、非酸化性雰囲気による酸素外方拡散熱処理工程と、酸素析出核形成熱処理工程および/または酸素析出物形成熱処理工程と、を有することを特徴とする高抵抗シリコンウェーハの製造方法。
p / n-type inversion region does not occur, and the resistance distribution is set within a range of 0.1 to 10 kΩcm with respect to a reference value set within a range of 0.1 to 10 kΩcm. A method for producing a silicon wafer having a mold region,
P-type dopant concentration wafer surface resistivity becomes 0.1~10Keiomegacm, nitrogen concentration; 1.0 × 10 13 ~10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981), the oxygen concentration Oi is 5 × 10 17 Up to 20 × 10 17 atoms / cm 3 (ASTM F123-1979), a pulling process for pulling up a single crystal by the CZ method, a processing process for slicing the single crystal into a wafer, and oxygen outward in a non-oxidizing atmosphere A method for producing a high-resistance silicon wafer, comprising: a diffusion heat treatment step; an oxygen precipitation nucleus formation heat treatment step; and / or an oxygen precipitate formation heat treatment step.
前記酸素外方拡散熱処理が、アルゴンガス、水素ガス、あるいはそれらの混合ガス雰囲気中にて処理温度1100〜1250℃、処理時間1〜5時間とされる熱処理条件であることを特徴とする請求項1から3のいずれか記載の高抵抗シリコンウェーハの製造方法。   The oxygen out-diffusion heat treatment is a heat treatment condition of a treatment temperature of 1100 to 1250 ° C and a treatment time of 1 to 5 hours in an atmosphere of argon gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof. The method for producing a high-resistance silicon wafer according to any one of 1 to 3. 酸素外方拡散熱処理を施すことにより、デバイス製造の工程における熱処理が行われる際に、サーマルドナー発生に起因するp/n型反転領域を、デバイス活性領域およびそれに接して形成される空乏層領域には接しない深さに発生させることを特徴とする請求項4記載の高抵抗シリコンウェーハの製造方法。   By performing the oxygen outward diffusion heat treatment, when the heat treatment in the device manufacturing process is performed, the p / n type inversion region resulting from the generation of the thermal donor is changed into the device active region and the depletion layer region formed in contact therewith. 5. The method for producing a high resistance silicon wafer according to claim 4, wherein the depth is not in contact with each other. 前記酸素析出核形成熱処理が、処理温度600〜800℃、処理時間1〜20時間とされる熱処理条件とされ、前記酸素析出物形成熱処理が、処理温度1000〜1100℃℃、処理時間1〜20時間とされる熱処理条件であることを特徴とする請求項2または3記載の高抵抗シリコンウェーハの製造方法。   The oxygen precipitation nucleation heat treatment is performed under conditions of a heat treatment temperature of 600 to 800 ° C. and a treatment time of 1 to 20 hours, and the oxygen precipitate formation heat treatment is performed at a treatment temperature of 1000 to 1100 ° C. and a treatment time of 1 to 20 hours. 4. The method for producing a high resistance silicon wafer according to claim 2, wherein the heat treatment condition is timed. 前記酸素外方拡散熱処理を施した後、さらに酸素析出核形成熱処理および/または酸素析出物形成熱処理を施すことを特徴とする請求項6記載の高抵抗シリコンウェーハの製造方法。   7. The method of manufacturing a high resistance silicon wafer according to claim 6, wherein after the oxygen outward diffusion heat treatment, an oxygen precipitation nucleation heat treatment and / or an oxygen precipitate formation heat treatment are further performed. 抵抗率が100Ωcm以上で、シリコンウェーハ表面に無欠陥層が形成されたp型のシリコンウェーハであって、
請求項1から7のいずれか記載の製造方法によって製造され、
窒素がドープされ、デバイス製造の工程における熱処理が行われた際にサーマルドナー発生に起因するp/n型反転領域がデバイスの活性領域およびそれに接して形成される空乏領域には接しない深さにあることを特徴とする高抵抗シリコンウェーハ。
A p-type silicon wafer having a resistivity of 100 Ωcm or more and having a defect-free layer formed on the surface of the silicon wafer,
It is manufactured by the manufacturing method according to claim 1,
The depth is such that the p / n type inversion region resulting from thermal donor generation is not in contact with the active region of the device and the depletion region formed in contact therewith when nitrogen is doped and heat treatment is performed in the device manufacturing process. A high-resistance silicon wafer characterized by being.
前記p/n型反転領域がウェーハ表面から10μm〜70μmの範囲とされる深さにあることを特徴とする請求項8記載の高抵抗シリコンウェーハ。   9. The high resistance silicon wafer according to claim 8, wherein the p / n type inversion region is at a depth of 10 [mu] m to 70 [mu] m from the wafer surface. 前記p/n型反転領域が酸素析出物を含有することを特徴とする請求項8または9記載の高抵抗シリコンウェーハ。   The high resistance silicon wafer according to claim 8 or 9, wherein the p / n type inversion region contains an oxygen precipitate. ウェーハ内の窒素濃度が、1.0×1013〜10×1013atoms/cm (ASTM F123-1981)とされることを特徴とする請求項8から10のいずれか記載の高抵抗シリコンウェーハ。 11. The high-resistance silicon wafer according to claim 8, wherein the nitrogen concentration in the wafer is 1.0 × 10 13 to 10 × 10 13 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981). . p型ウェーハで、窒素がドープされ、アルゴンガス、水素ガス、あるいはそれらの混合ガス雰囲気中にて処理温度1100〜1250℃、処理時間1〜5時間とされる熱処理により、表面から深さ方向への抵抗分布が、0.1〜10kΩcm程度のp型表面領域と、深さ方向に抵抗値が上昇下降してピークを有するピーク領域と、酸素ドナーによるp/n型反転深度領域とを有し、前記ピーク領域におけるピーク位置がウェーハ表面からの深度10〜70μmの範囲とされることを特徴とする高抵抗シリコンウェーハ。   A p-type wafer is doped with nitrogen, and from the surface to the depth direction by heat treatment in an atmosphere of argon gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof at a processing temperature of 1100 to 1250 ° C. and a processing time of 1 to 5 hours. Resistance distribution of p-type surface region of about 0.1 to 10 kΩcm, a peak region having a resistance value rising and falling in the depth direction, and a p / n-type inversion depth region by oxygen donor A high-resistance silicon wafer, wherein a peak position in the peak region is in a range of 10 to 70 μm from the wafer surface. p型ウェーハで、窒素がドープされ、アルゴンガス、水素ガス、あるいはそれらの混合ガス雰囲気中にて処理温度1100〜1250℃、処理時間1〜5時間とされるの熱処理に加えて、処理温度1000〜1100℃℃、処理時間1〜20時間とされる熱処理により、表面から付加さ方向への抵抗分布が、厚さ全域において、0.1〜10kΩcmの範囲に設定される基準値に対し、そのバラツキが、0〜30%以内に設定されることを特徴とする高抵抗シリコンウェーハ。   In addition to the heat treatment in which the p-type wafer is doped with nitrogen and is processed in an atmosphere of argon gas, hydrogen gas, or a mixed gas thereof at a processing temperature of 1100 to 1250 ° C. and a processing time of 1 to 5 hours, a processing temperature of 1000 The resistance distribution in the direction from the surface to the addition direction is 1100 ° C. and the treatment time is 1 to 20 hours, and the reference value set in the range of 0.1 to 10 kΩcm in the entire thickness range is The high resistance silicon wafer is characterized in that the variation is set within 0 to 30%. 800℃3hr+1000℃16hrの熱処理した場合に発生する酸素析出物密度が、多結晶化(DF切れ)を起こさない最大限界濃度とされる32×1016atoms/cm (ASTM F123-1981)の炭素をドープしたウェーハに同一条件で熱処理した場合に発生する酸素析出物密度に比べて、2〜4×1010個/cm 多いことを特徴とする請求項12または13記載の高抵抗シリコンウェーハ。 Carbon of 32 × 10 16 atoms / cm 3 (ASTM F123-1981) in which the density of oxygen precipitates generated when heat-treated at 800 ° C. for 3 hours + 1000 ° C. for 16 hours is the maximum limit concentration that does not cause crystallization (DF cut) compared to oxygen precipitate density that occurs when a heat treatment under the same conditions in doped wafer, the high resistance silicon wafer according to claim 12 or 13, wherein the 2 to 4 × 10 10 / cm 3 or more.
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